Verschil tussen eerste en tweede wet van de thermodynamica

Belangrijkste verschil - Eerste versus tweede wet van de thermodynamica

Thermodynamica is een cruciaal onderdeel van de natuurkunde, materiaalwetenschappen, techniek, scheikunde, milieuwetenschappen en verschillende andere gebieden. Er zijn vier wetten in de thermodynamica; de nulde wet van de thermodynamica, de eerste wet van de thermodynamica, de tweede wet van de thermodynamica en de derde wet van de thermodynamica. Deze vier wetten stellen dat alle thermodynamische processen ze gehoorzamen. De eerste en tweede wet zijn de meest gebruikte wetten in de thermodynamica. De eerste wet zegt dat energie noch gecreëerd noch vernietigd kan worden. De eerste wet is gewoon een andere versie van de wet van behoud van energie. De tweede wet beweert echter dat sommige thermodynamische processen verboden zijn. Dit artikel concentreert zich op de verschillen tussen de eerste en tweede wet van de thermodynamica.

Wat is de eerste wet van de thermodynamica

De eerste wet van de thermodynamica is vergelijkbaar met de wet van behoud van energie aangepast voor thermodynamische processen. Volgens de wet van behoud van energie, is de totale energie van een geïsoleerd systeem constant. Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd, maar kan van de ene vorm in de andere worden omgezet.

De eerste wet stelt dat de toename van de interne energie van een gesloten systeem gelijk is aan de warmte die aan het systeem wordt geleverd, minus het door hem verrichte werk. Deze verklaring kan ook worden uitgedrukt als ΔU = ΔQ- ΔW waarbij ΔU = de toename van interne energie, ΔQ = warmte aan het systeem wordt geleverd en ΔW = door het systeem verrichte werkzaamheden. (ΔW is negatief als er aan het systeem wordt gewerkt.)

De eerste wet wordt soms uitgedrukt als ΔU = ΔQ + ΔW. In deze vorm van de eerste wet moet ΔW worden beschouwd als het werk dat aan het systeem is gedaan. ΔW is negatief als er door het systeem wordt gewerkt.

Hoe dan ook, de eerste wet beweert niets over de manieren om energie van de ene vorm naar de andere te converteren.

Wat is de tweede wet van de thermodynamica

De tweede wet van de thermodynamica kan op verschillende manieren worden uitgedrukt, zoals hieronder.

Het is onmogelijk om een ​​perfecte hittemotor of een perfecte koelkast te bouwen. Dit houdt in dat een hittemotor of een koelkast met 100% energie-efficiëntie niet kan worden gebouwd.

Het is onmogelijk om warmte volledig in werk om te zetten zonder dat er een andere verandering plaatsvindt. Deze verklaring zegt dat energie wordt verspild wanneer warmte wordt omgezet in werk. De hoeveelheid afval kan worden verminderd. Het kan echter niet worden geëlimineerd.

Het is onmogelijk om een ​​perpetuum mobile te bouwen. Deze verklaring houdt in dat het onmogelijk is om een ​​perpetuum mobile te bouwen omdat energie met de tijd wordt verspild.

Warmte kan van een heet reservoir naar een koud reservoir stromen, maar niet omgekeerd zonder dat er een andere verandering plaatsvindt. Deze verklaring houdt in dat warmte zonder werk van een heet reservoir naar een koud reservoir kan worden overgebracht. Er moet echter werk worden verzet om de warmte over te brengen van een koud reservoir naar een heet reservoir.

Er kan geen warmtemotor bestaan ​​met een thermisch rendement dat hoger is dan dat van een omkeerbare Carnot-motor. Deze verklaring houdt in dat de thermische efficiëntie van een warmtemotor de Carnot-efficiëntie niet overschrijdt. De maximaal mogelijke thermische energie-efficiëntie wordt de Carnot-efficiëntie genoemd. Dit concept is zeer nuttig in de wetenschap omdat het ons toelaat om de maximaal haalbare thermische efficiëntie van een bepaald thermodynamisch systeem te berekenen.

Werkingsprincipe van Carnot's warmtemotor

Verschil tussen eerste en tweede wet van de thermodynamica

Basisidee:

Eerste wet:  Eerste wet van de thermodynamica is eenversie van de wet van behoud van energie.

Tweede wet: De tweede wet van de thermodynamica steltwelke soorten thermodynamische processen zijn verboden in de natuur.

Inhoud:

Eerste wet: De eerste wet van de thermodynamica stelt dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd.

Tweede wet: Het is onmogelijk om een ​​perfecte hittemotor of een perfecte koelkast te bouwen. Het is onmogelijk om een ​​perpetuum mobile te bouwen. Het is onmogelijk om warmte volledig om te zetten in werk. Warmte stroomt niet spontaan van een koud reservoir naar een heet reservoir. De entropie van een geïsoleerd systeem neemt nooit af.

Toepassingen:

Eerste wet: De vergelijking; ΔU = ΔQ + ΔW kan worden gebruikt om de algebraïsche waarde van één hoeveelheid te berekenen als andere twee hoeveelheden van de vergelijking bekend zijn.

Tweede wet: De tweede wet kan worden gebruikt om de maximaal haalbare thermische efficiëntie (Carnot-efficiëntie) van een gegeven warmtemotor te berekenen.

 Afbeelding met dank aan:

"Carnot heat engine" door Eric Gaba (Sting - fr: Sting) - Eigen werk Gebaseerd op afbeelding: Carnot-engine.png, (Public Domain) via Commons Wikimedia