Nhiệt học

Định luật I nhiệt động lực học

Định luật I là bảo toàn năng lượng cho hệ nhiệt động: nội năng tăng bằng nhiệt nhận vào cộng công môi trường thực hiện lên hệ.

Nhiệt lượng và công đều truyền năng lượng qua biên hệ. Định luật I cộng hai đóng góp ấy để xác định sự thay đổi của nội năng, với dấu phụ thuộc quy ước được nêu rõ.

Các trường hợp đặc biệt

Đoạn nhiệt có $Q=0$, nên nội năng đổi do công. Với quá trình đẳng tích, biên không dịch chuyển nên công áp suất-thể tích bằng không và $\\Delta U=Q$. Trong một chu trình kín, hệ trở về trạng thái ban đầu nên $\\Delta U=0$; nhiệt thuần vào bằng công thuần hệ thực hiện ra ngoài.

Trắc nghiệm nhanh

Định luật I áp dụng bảo toàn năng lượng cho một hệ nhiệt động, nhưng cần chọn hệ và quy ước dấu trước. Với quy ước $\Delta U=Q+W_{on}$, nén khí làm $W_{on}>0$; khí giãn nở tự đẩy pít-tông thì công môi trường làm lên hệ là âm. Nếu quá trình khép kín thành chu trình, nội năng cuối bằng đầu nên $\Delta U=0$, dù nhiệt và công riêng lẻ có thể khác không. Điều đó cho biết nhiệt nhận ròng bằng công hệ thực hiện ròng ra ngoài. Trong một quá trình đẳng tích, công áp suất–thể tích bằng không, nên nhiệt nhận làm đổi nội năng. Định luật không quy định quá trình có tự xảy ra hay đạt hiệu suất bao nhiêu; đó là nội dung của định luật II. Mỗi bài toán nên ghi dấu và đơn vị cho từng năng lượng trước khi cộng, tránh đổi nhầm giữa công do khí thực hiện và công tác dụng lên khí.

Chẳng hạn, nếu hệ nhận 120 J nhiệt và giãn nở thực hiện 45 J công lên môi trường, thì $\Delta U=120-45=75$ J. Viết $W_{on}=-45$ J cũng cho cùng kết quả. Đây là cách kiểm tra dấu: giãn nở tự do không làm tăng năng lượng do công tác dụng lên hệ.