Termodinamikaren lehenengo legea

Termodinamikaren lehenengo legeak, energiaren kontserbazioa ere deitua, sistema baten energia aldaketa, sistemari emandako beroa eta berarengan egindako lanaren batura dela dio.

$dE=\delta Q+\delta W\,$

non:

dE: sistemaren energiaren aldaketa infinitesimala.
δQ: bero trukaketa. Bero fluxua sistemarantz sartzen denean balio positiboa izango du. Bero fluxua sistematik kanpora ateratzen denean balio negatiboa izango du.
δW: lan trukaketa. Balio positiboa sistemari egindako lana da, sartzen den energia. Sistemak egindako lana balio negatiboa izango du.

Lege hau ezin da fisikaren beste legeetatik eratorri, oinarrizko printzipio bat da, guztiz enpirikoa. Lege honen lehenengo adierazpena 1850ean Rudolf Clausiusek eman zuen. Esan zuenez, badago propietate bat, E, energia deitua, zeinetan bere aldaketa prozesu adiabatiko baten trukatutako lanaren berdina den. Prozesu adiabatiko bat bero trukaketa gabe gertatzen dena da, hortaz ikus daiteke aurreko ekuazioarekin baliokidetasuna.

Sistema bezala unibertsoa hartzen bada, ez dago ingururik unibertsoarekin beroa edo lana trukatuko duenik. Beraz, dE = 0, edo berdina dena, unibertsoaren energia konstantea da, horregatik lege honi energiaren kontserbazioa ere deitzen zaio.

E energia, barne energiaz, energia potentzialaz, energia zinetikoaz eta energia elektromagnetikoaz osatua dago. Askotan, energia hauen aldaketa prozesu batean baztergarria da, barne energiaren aldaketaren aldean. Horregatik, energia ordez barne energia (U) maiz erabiltzen da, eta ekuazioa hurrengo eran aurkitzea oso ohikoa da:

$dU=\delta Q+\delta W\,$

Beroa eta lana prozesuaren menpekoak dira. Aldiz energia, hasierako eta amaierako egoeren menpekoa da soilik.

Sistema termodinamikoak^[1] aldatu

Sistema isolatua aldatu

Ingurunearekin materia eta energia elkartrukatzen ez duen sistemari sistema isolatu deitzen zaio. Honek esan nahi du bero trukaketarik eta lan trukaketarik ez dela egongo. Oreka termodinamikoan dagoela esan nahi du.

Ekuazioan ordezkatuz,

$Q=0\land W=0\Rrightarrow \operatorname {d} \!E=0$

Sistema itxia aldatu

Ingurunearekin materiarik trukatzen ez duen baina energia trukatzen duen sistemari sistema itxia deitzen zaio.

Ekuazioan ordezkatuz,

$Q\neq 0\land W\neq 0\Rrightarrow \Delta E=Q+W$

Q eta Wren balioak positiboak nahiz negatiboak izan daitezke.

Sistema irekia aldatu

Ingurunearekin energia eta materia elkartrukatzen duen sistema da. Kasu honetan masak duen energia ere kontuan izaten da.

Ekuazioan ordezkatuz,

${\displaystyle Q\neq 0\land W\neq 0\Rrightarrow \operatorname {d} \!E=Q+W}=\Delta Usistema+\sum Eirten-\sum Esartu$

non, $\sum Eirten-\sum Esartu$ irtetzen den eta sartzen den masaren energia desberdinen batura den. Kontuan hartzen diren energiak zinetikoa, potentziala eta entalpikoa da.

Prozesu termodinamikoak ^[1] aldatu

Prozesu ziklikoa aldatu

Prozesu termodinamiko honetan, lehenago edo beranduago prozesua hasten den posizioan amaitzen da. Hasierako eta amaierako egoerak berdinak direnez, $\Delta E=0=Q+W\Rrightarrow Q=W$

Beraz, prozesu ziklikotan bero trukaketa eta lan trukaketa berdinak dira, ikurrak kasuan kasu.

Prozesu adiabatikoa aldatu

Prozesu adiabatikoen kasuan, bero trukaketa ez da ematen. Beraz, ekuazioa horrela geratuko litzateke:

${\displaystyle \Delta Q=0\Rrightarrow \Delta U=-W}$

Kontserbazio legea deitzen zaio prozesu honi, hau da, sisteman aldatzen den energia egindako lanaren berdina da, ikurrak kasuan kasu.

Prozesu isobarikoa aldatu

Prozesu isobarikotan presio konstantean ematen den prozesu termodinamikoari esaten zaio. Kasu honetan bero trukaketa eta lan trukaketa emango da, hauek tenperatura eta bolumenaren menpe daudelako. Beraz, ekuazioa horrela geratuko litzateke:

$\Delta U=Q-W$

Beraz, prozesu isobarikotan bero trukaketan eta lan trukaketan batura barne energia da, ikurrak kasuan kasu.

Prozesu isotermikoa aldatu

Prozesu isotermikoa tenperatura konstantean ematen den prozesu termodinamikoari esaten zaio. Bero trukaketa motela izaten da oreka termikoa mantendu ahal izateko. Kasu honetan, barne energian kontzeptua tenperaturan menpekoa denez eta hasierako eta amaierako egoerak berdinak direnez, barne energian aldaketa 0 izango da. Beraz, ekuazioa horrela geratuko litzateke:

${\displaystyle \Delta U=0\Rrightarrow Q=W}$

Beraz, prozesu isotermikotan bero trukaketa eta lan trukaketa berdinak dira, ikurrak kasuan kasu.

Prozesu isokorikoa aldatu

Prozesu isokorikoa bolumen konstantean ematen den prozesu termodinamikoari esaten zaio. Kasu honetan bolumen aldaketak lan trukaketan du eragina. Bolumen aldaketarik ez badago, lan trukaketarik ez da egongo. Beraz, horrela geratuko litzateke ekuazioa:

${W=0\Rrightarrow \displaystyle \Delta U=Q}$