I.
المبدأ الأول للديناميكا الحرارية:
1)
مبدأ حفظ الطاقة:
في
كل العمليات التي تحدث في نظام معزول تكون الطاقة الداخلية للنظام ثابتة.
هذا القانون هو مبدأ حفظ الطاقة "الطاقة
لا تفنى ولا تستحدث"، وهذا يعني أن المجموع الجبري للتغيرات
في جميع صور الطاقة في النظام المعزول تساوي
الصفر. و معنى ذلك أنه كلما اختفت صورة من صور
الطاقة تظهر صورة أخرى مساوية في المقدار،
ويمكن التعبير عنه رياضيا بالعلاقة الآتية:
DU =
Q +W
حيث
Q هي كمية الحرارة التي يمتصها النظام أو يحررها، وW هو
العمل المبذول من النظام أو عليه،
DU
هو التغير في الطاقة الداخلية للنظام.
يمكن أن نفهم من المعادلة
السابقة أن مختلف صور الطاقة يمكن أن يتحول بعضها إلى البعض الآخر
مثل الحرارة والعمل، حيث الطاقة الكلية
لنظام معزول تكون محفوظة خلال تطور النظام (Et=0).
فعندما يمتص النظام كمية من الحرارة فإنه يستطيع
استغلالها في بذل عمل ضد الوسط المحيط أو في
رفع طاقته أو القيام بالأمرين معا.
2)
نص المبدأ الأول:
في
أي عملية يتم من خلالها انتقال النظام من حالة توازن ابتدائية A
إلى حالة توازن نهائية B
فإن
مجموع كميات الحرارة والعمل الذي يتلقاه
النظام لا يتعلق بالمسار المتبع خلال تحول النظام، وإنما يتعلق
فقط بالحالة الابتدائية و الحالة النهائية.
وعلى هذا الأساس يدعى المبدأ الأول للديناميكا الحرارية بمبدأ
الحالة الابتدائية والحالة النهائية.
3)
الطاقة الداخلية للنظام DU:
لنفرض
أن نظاما مغلقا يتطور من الحالة الابتدائية A
إلى الحالة النهائية B عبر المسارين (1) و (2) ثم
العودة إلى الحالة الابتدائيةA
عبر المسار(3).
يمكن أن نعبر عن العمل والحرارة الذين
يتلقاهما النظام من أجل كل مسار متبع حيث:
المسار(1) من A إلى B لدينا: W1 + Q1
المسار(2) من A إلى B لدينا: W2
+ Q2
المسار(3)
من B
إلى A
لدينا: W3 + Q3
تطبيق المبدأ الأول (مبدأ حفظ الطاقة) على التحول من A إلى B يتم من خلال المسار(1)
أو المسار(2)
ثم العودة من B إلى A من
خلال المسار(3)
يسمح
بكتابة:
W1 + Q1 + W3
+ Q3 = 0
W2 + Q2 +W3
+ Q3 = 0
و منه نستنتج أن:
= constante 
(W+ Q)
(W+ Q)
إن المجموع (W+
Q) لأي تحول يتم في نظام مغلق تكون له نفس
القيمة وهذا مهما كان المسار المتبع
وأنه يتعلق فقط بنقطة البداية ونقطة النهاية.
يدعى المجموع (W+
Q) بالطاقة الداخلية والتي يرمز لها بالرمزU
وهي دالة حالة.
ونكتب:
= (UB
- UA) = (Uf – Ui) (W+ Q)
dU = dW + dQ
تعتبر الطاقة الداخلية عبارة عن مجموع
أنواع طاقة الجزيئات التي تشكل النظام: كالطاقة الكامنة،
والطاقة الحركية، وطاقة الدوران، وطاقة الاهتزاز، إلخ....
خارج الموضوع تحويل الاكوادإخفاء الابتساماتإخفاء