القانون الاول في الثرموداينمك

القانـــون الأول فــــي الثرموداينمــــك:

يعرف على ان الطاقة تكون دائما محفوظة، أي لايمكن استحداثها او افنائها ولكن يمكن تحويلها من شكل الى آخر.
فلو تصورنا ان حجما معينا من غاز (V1) في درجة حرارة (T1) وتحت ضغط (P1) موجود في مكبس ، فاذا ضغط الغاز الى حجم (V2) وانخفضت درجة حرارته الى (T2) فان الضغط سيزداد الى (P2) .
ان الانتقال من الحالة الولى (V1,T1,P1) الى الحالة الجديدة (V2,T2,P2) يمكن ان تتم بعدة طرق منها:
أ‌- زيادة الضغط ثم خفض درجة الحرارة
ب‌- خفض درجة الحرارة اولا ثم زيادة الضغط المسلط على الغاز ثانيا.
ان عملية انجاز الشغل وسحب كمية من الحرارة سوف يغير من الطاقة الداخلية للغاز
?E = ?Q – ?W
ان اشارة ?Q تكون موجبة اذا اضيفت الحرارة الى الغاز وسالبة اذا سحبت منه الحرارة. واشارة ?W تكون موجبة اذا انجز الغاز شغلا اضافيا وسالبا اذا انجز الشغل على الغاز فان صافي التغيير في الطاقة الداخلية ?E هو دائما نفسه، أي ان كلا من ?Q و ?Wيتغير ولكن مجموع تغيرهما يكون ثابتا




تطبيـــقات على القانــون الاول فـــي الثرموداينمــك :
يمكن حساب الشغل المبذول الذي ينجزه نظام ليتمدد ضد محيطه ويبقى فيها الضغط ثابتا بينما يتغبرالحجم من Vi الى Vfمن العلاقة التالية





ان تحول السائل الى بخار يحتاج الى كمية من الحرارة (Q) تعطى بالعلاقة التالية
Q = Ml
حيث ان L تمثل الحرارة الكامنة للتبخر، ان هذه الحرارة ستؤدي الى تغيير في الطاقة الداخلية للنظام ?U = U2 – U1
حيث ان U1,U2 تمثلان الطاقة الداخلية للبخار والسائل على التوالي وعند تطبيق القانون الاول على هذه العملية نحصل على Q = P(Vf – Vi)+(U2 – U1)
تجربــــــة مبـــادلات جــــول:
يتركب الجهاز من مسعر اسطواني مثبت بجدرانه الواح معدنية يتحرك بينها بحرية مجموعة من المبادلات تتصل بمحور رأس مثبت فينهايته اسطوانة ملفوف حولها خيط يمر طرفيه على بكرتين ويتدلى من كل طرف ثقل وزنه (mg) . ويوضع ماء بالمسعر وتقاس درجة حرارته بواسطة ثرمومتر حساس . اذا ترك الثقلان يسقطان مسافة(L cm ) دار المحور الراسي داخل المسعر محركا المبادلات التي تحرك الماء بين الألواح الثابتة والأخرى المتحركة فيتحول بذلك الشغل الميكانيكي الى طاقة حرارية بسبب الأحتكاك الحادث بين طبقات الماء المختلفة . وبتكرار رفع الأثقال وتركها تسقط.
تمكن جول من تحويل كميات مختلفة من الطاقة الميكانيكية وكذلك من حساب كميات الحرارة التي يكتسبها المسعر ومحتوياته نتيجة لذلك وجد ان العلاقة خطية بين الشغل الميكانيكي W وكمية الحرارة المتولدة H.
أي ان W = J.H
حيث J هو مفدار ثابت عبارة عن ميل الخط المستقيم الذي يربط العلاقة بين W,H وقد اسماه جول المكافئ الميكانيكي للحرارة كما وجد ان قيمته تساوي 4,18 جول/سعره.
وقد حسب جول الطاقة الميكانيكية من طاقة الموضع للأثقال الساقطة اذ ان قي كل مرة سقوط من الكتلتين تتحول كمية من الطاقة الميكانيكية قدرهاerg (2mgL) الى سعرات داخل الماء. فإذا تكرر رفع وإسقاط الكتل n من المرات وتسبب عنها رفع في درجة حرارة المسعر ومحتوياته T درجات مئوية فان:
الطاقة الميكانيكية= 2mgL.n (erg)
والطاقة الجرارة المكافئة = M.T سعره.
حيث M هو المكافئ المائي للمسعر ومحتوياته.