A termodinamika első főtétele

A termodinamika első főtétele a termodinamikai rendszerekre kimondja az energiamegmaradást, vagyis azt, hogy az energia a termodinamikai folyamatok során átalakulhat, de nem keletkezhet és nem veszhet el. Ezt gyakran a következőképpen fogalmazzák meg:

Egy rendszer belső energiájának változása egyenlő a rendszerrel közölt hő és a rendszeren végzett munka összegével, azaz:

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

A termodinamika első főtételének egyik következménye, hogy nem létezik elsőfajú örökmozgó.

Áttekintés

Általánosabban a tétel így fogalmazható meg:

Elszigetelt rendszer energiája állandó, nyílt rendszer energiája annyival nő vagy csökken, amennyivel a környezeté csökken vagy nő.

Ez az általános energiamegmaradás elve, amely nem csak termodinamikai folyamatokra érvényes. Környezetétől elszigetelt rendszerben, bármilyen folyamatok is mennek végbe a rendszeren belül, az energiák összege állandó. Ha a rendszer nem zárt, akkor a rendszer energiája pontosan annyival nő, amennyivel a környezeté csökken (illetve fordítva).

Nyugvó, zárt rendszer

A termodinamika első főtétele tehát az energiamegmaradás elvének kifejezése, amely a hőközlés és a munkavégzés útján átadott energiát különválasztva veszi számításba. A belső energia egy test vagy rendszer állapotát jellemzi, azaz állapotjelző, míg a hő és a munka az energia megváltozásának folyamatát írja le, azaz folyamatjelző.

Általánosítva kimondhatjuk, hogy a nyugvó, zárt rendszer belső energiáját hőközléssel és munkavégzéssel tudjuk megváltoztatni. Azt is tudjuk, hogy a rendszer belső energiája a rendszerrel közölt $\delta Q$ hővel arányosan növekszik, míg a rendszer által végzett munkával arányosan csökken.

Mozgó, zárt rendszer

Mozgó, zárt rendszer energiája (E) a következő:

${E}={\Delta }({m}{u}+{m}{\frac {c^{2}}{2}}+{m}{g}{z})={\Delta }{m}({u}+{\frac {c^{2}}{2}}+{g}{z})$

${m}{u}$: belső energia, ${m}{\frac {c^{2}}{2}}$: mozgási energia, ${m}{g}{z}$: helyzeti energia

Tudjuk, hogy ebben az esetben a mozgó rendszer energiájának változása a belső energia, a mozgási energia és a helyzeti energia változásából tevődik össze. Tehát mozgó rendszerben a termodinamika első főtétele az alábbi alakot veszi fel:

${Q_{1}}{_{2}}+{W_{1}}{_{2}}={E_{2}}-{E_{1}}$