|
กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์
กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ กล่าวถึง กฎทรงพลังงาน ความว่า
กล่าวคือ พลังงานในระบบอุณหพลศาสตร์หนึ่ง ๆ จะมีค่ารวมเท่าเดิมเสมอ ความร้อนที่เกิดขึ้นคือกระบวนการนำพลังงานเข้าสู่ระบบจากแหล่งอุณหภูมิสูง หรือสูญเสียออกจากระบบโดยส่งออกไปยังแหล่งอุณหภูมิต่ำ พลังงานนี้อาจสูญเสียไปจากการเกิดงานทางกลต่อสิ่งแวดล้อมของระบบ หรืออาจกล่าวว่าการทำให้เกิดงานทางกลต่อสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดพลังงานขึ้นก็ได้ กฎข้อที่หนึ่งกล่าวถึงพลังงานเหล่านี้ว่ามีผลรวมคงที่ นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน ย่อมจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่นำเข้าระบบ ลบด้วยปริมาณความร้อนที่สูญเสียออกจากระบบ (ซึ่งทำให้เกิดงานทางกลต่อสิ่งแวดล้อม) สมการสำหรับระบบเทอร์โมได้นามิกแบบปิด, กฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกได้กล่าวไว้ว่า
โดยที่ คือปริมาณของพลังงานที่เพิ่มเข้ามาในระบบโดยกระบวนการความร้อน, เป็นปริมาณของพลังงานที่สูญเสียไปจากระบบเนื่องจากงานที่กระทำโดยระบบไปที่สภาพแวดล้อมและ คือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของระบบ เครื่องหมาย δ หน้าพจน์ของความร้อนและงานนั้นใช้เพื่อบ่งบอกถึงการเพิ่มขึ้นของพลังงาน ซึ่งเป็นคนละความหมายกับ ซึ่งหมายถึงการเพิ่มขึ้นของพลังงานภายใน (ดูเพิ่มได้ที่ Inexact differential) งานและความร้อนหมายถึงกระบวนการที่ทำให้เกิดการเพิ่มหรือหายไปของพลังงานในระบบ ในขณะที่พลังงานภายใน เป็นสมบัติในสภาวะหนึ่งของระบบเมื่อระบบไม่มีการเปลี่ยนแปลงสภาพสมดุลทางความร้อนนั่นคือ พจน์ "พลังงานความร้อน" หมายถึง "ปริมาณของพลังงานที่ถูกเพิ่มเข้ามาเนื่องจากผลของการให้ความร้อน" ไม่ได้หมายถึงรูปแบบของพลังงานชนิดหนึ่ง เช่นเดียวกันพจน์ "งาน" หมายถึง "ปริมาณของพลังงานที่สูญเสียไปซึ่งเป็นผลมาจากงาน" นั่นคือคน ๆ หนึ่งสามารถบอกถึงปริมาณของพลังงานภายในของระบบความร้อนได้โดยรู้สถานะหนึ่งของระบบแต่ไม่สามารถบอกได้ว่าก่อนหน้านั้นมีพลังงานเท่าไหร่ไหลเข้าหรืออกจากระบบเนื่องจากผลของการร้อนขึ้นหรือเย็นลงหรือจากงานที่กระทำหรือถูกกระทำ โดยรู้เพียงแค่สถานะหนึ่งของระบบ เอนโทรปี เป็นฟังก์ชั่นของสถานะของระบบซึ่งบอกถึงข้อจำกัดของความเป็นไปได้ในการแปลงความร้อนเป็นงาน สำหรับระบบยุบตัวได้อย่างง่าย (simple compressible system), งานที่ถูกกระทำโดยระบบสามารถอธิบายได้โดย ซึ่ง หมายถึงความดันและ คือ การเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ ของปริมาตรของระบบ, ซึ่งแต่ละตัวเป็นตัวแปรของระบบ ในกรณีสมมุติที่กระบวนการเป็นกระบวนการอดุมคติและช้าอย่างเป็นอนันต์ หรือที่เรียกว่า กระบวนการกึ่งคงที่ (quasi-static) และเป็นกระบวนการย้อนกลับได้, ความร้อนที่ถูกถ่ายโอนจากแหล่งกำเนิดด้วยอุณหภูมิที่มากกว่าอณหภูมิของระบบซึ่งมากกว่าแบบน้อยมาก ๆ จนเป็นอนันต์ หรือเรียกว่ามากกว่าแบบกณิกนันต์ (infinitesimally), พลังงานความร้อนนี้สามารถอธิบายได้โดย โดยที่ คืออุณหภูมิและ คือการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ ของเอนโทรปีของระบบ ซึ่งอุณหภูมิและเอนโทรปีเป็นตัวแปรของระบบ ถ้าระบบเปิด (โดยที่อาจมีการแลกเปลี่ยนมวลกับสภาพแวดล้อมได้) มีกำแพงหลายกำแพงซึ่งมวลมีการแลกเปลี่ยนผ่านกำแพงที่แยกระหว่างความร้อนและงานที่แลกเปลี่ยนแล้ว กฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกสามารถเขียนได้ดังนี้ โดยที่ คือมวลที่เพิ่มเข้ามาและ คือพลังงานภายในต่อหน่วยมวลของมวลที่เพิ่มเข้ามา ซึ่งวัดจากสภาพแวดล้อมก่อนเกิดกระบวนการ อ้างอิง
|
