Законы термодинамики и их описание

Первый Закон термодинамики

Закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления, стал называться Первым Законом (иногда говорится Первым Началом) термодинамики.

Если в механике рассматривается энергия движения тел, то термодинамика рассматривает их внутреннюю энергию, а также ее изменение за счет совершения работы либо за счет теплообмена. Вся энергия, полученная телом за счет этих двух способов, пойдет на увеличение внутренней энергии. То есть, суть Первого Закона термодинамики будет сформулирована следующим образом.

Изменение внутренней энергии системы равно сумме работы внешних сил над системой и количества теплоты, переданной системе.

Математически формула первого закона термодинамики имеет вид:

$$ΔU=A+Q,$$

где:

• $ΔU$ – изменение внутренней энергии системы;
• $A$ – работа внешних сил над системой;
• $Q$ – количество теплоты, переданное системе.

Рис. 2. Первый Закон термодинамики.

Из представленной формулы Первого Закона термодинамики следует, что, после того, как системе были подведены тепло и работа, говорить о том, что тело «содержит» это количество теплоты или работы нельзя. Подводимая к телу теплота или совершаемая работа влияет только на изменение внутренней энергии. Определение же общего количества внутренней энергии тела может быть получено в рамках не термодинамики, а молекулярно-кинетической теории. Характеристикой общей внутренней энергии тела является температура.

Также из данной формулы можно получить закон сохранения внутренней энергии. В самом деле, для изолированной системы работа внешних сил и количество теплоты равно нулю ( $A = 0$ и $Q = 0$). А значит, $ΔU = U_2 – U_1 = 0$ или $U_2 = U_1$, то есть:

$$U=const, при A=0,Q=0$$

Внутренняя энергия изолированной системы постоянна.

Направление потоков энергии

Изучая процессы передачи энергии между телами, можно заметить, что энергия всегда передается от тела, обладающего большей энергией, к телу, у которого энергии меньше. Нагретое тело при контакте нагревает холодное, само при этом остывая. В пределах одного тела энергия также распространяется из областей с более высокой температурой в области с более низкой.

Рис. 1. Виды теплопередачи.

При этом Первый Закон термодинамики вовсе не запрещает и обратные процессы. Холодное тело, температура которого выше абсолютного нуля, обладает некоторой внутренней энергией, а значит, эту энергию можно передать телу с более высокой температурой, нарушения Первого Закона не произойдет.

Однако опыт говорит о том, что таких процессов в Природе не бывает. Следовательно, существует закон, определяющий направление передачи энергии. Этот закон получил название Второго Закона (начала) термодинамики.

Основные формулы термодинамики

Особенностью термодинамики является то, что ее постулаты не касаются взаимодействия отдельных единиц (атомов, молекул), как в молекулярной физике. Предметом изучения предстают общие взаимопревращения энергии, образование теплоты, теплопередача и совершение работы.

Исходя из этого, выделяют основные формулы термодинамики, к которым относятся:

1. Уравнение Менделеева-Клайперона: \(PV=(m/M)*RT\). Его смысл — в изменениях трех входящих величин, которые направлены на характеристику состояния идеального газа.
2. Количество вещества, обозначаемое буквой \(ν\). \(\nu=N/NA=m/\mu\)

   Величина, выражающая, сколько одинаковых структурных компонентов (единиц) находится в веществе.

3. Закон Дальтона: давление смеси газов на стенку сосуда равно сумме давлений каждого входящего в смесь элемента: \(p=p1+p2+…pn.\)
4. Главное уравнение МКТ (молекулярно-кинетической теории): \(p=2n/3<\varepsilon>n=N/V\). Выражает математическое соотношение таких параметров, как давление газа и микропараметров: массы молекул, их скорости движения, концентрации.
5. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы газа. Для обозначения применяется \(E_k\),  выражается через формулу: \(E_k=E_{моля}/NA=3/2\ast RT/NA\). Ее мерой является абсолютная температура идеального газа, поскольку потенциальная энергия (вследствие взаимодействия молекул друг с другом) равна нулю. Зная, что R/N_A=k, получается формула: \(E_k=3/2\ast kT\).
6. Давление идеального газа прямо пропорционально концентрации и его температуре: \(P=nkT.\)
7. Скорость молекул определяется по формулам:\(V=\surd(2kT/m_o)=\surd(2RT/\mu)\) — наиболее вероятная;\(<V>=\surd(8kT/\pi m_o)=\surd(8RT/\pi\mu)\) — среднеарифметическая;\(<Vкв>\surd(3kT/m_o)=\surd(3RT/\mu)\) — средняя квадратичная.
8. Сумма кинетических энергий всех молекул определяет внутреннюю энергию всего идеального газа. Математически выражение выглядит так: \(U=i/2\ast(m/\mu)\ast RT.\)
9. Формула для определения работы, которую совершает идеальный газ при расширении:\( A=P(V_2-V_1).\)
10. Формула первого закона термодинамики: \(Q=\Delta U+A.\)
11. Для определения удельной теплоемкости вещества применяется математическое выражение: \(С=\Delta Q/mdT.\)
12. Кроме удельной теплоемкости, существует понятие молярной теплоемкости. Для ее определения применяется формула: \(C=c\mu\). Для изохорного процесса правильная формула принимает вид: \(C_v=1/2\ast R\), для изобарного: \(C_p=((i+2)/2)\ast R\).

Третий закон

При стремлении температуры к энтропия системы приближается к постоянному минимуму.

Любая неравновесная система обладает такими свойствами, называемыми кинетическими, которые определяют особенности протекания неравновесных процессов в направлении, указываемым вторым началом термодинамики, и от которых не зависят термодинамические силы, движущие эти неравновесные процессы.

• Глава муниципального образования высшее должностное лицо местного самоуправления кратко

    

• Объясните правила постановки ударения в латинском языке кратко

    

• Психологическая гипотеза это кратко

    

• Сценарий общешкольного мероприятия к 23 февраля в школе

    

• Кулинарный конкурс для родителей в детском саду

Законы термодинамики

Первый закон термодинамики гласит, что энергия сохраняется в течение любого процесса, но этого недостаточно,
что бы определить, произойдёт ли реакция при достаточном количестве энергии. Например, если в комнату с книгой
на полу подвести много тепла, то книга на стол не поднимется, даже если количество подведённого тепла
будет несоизмеримо больше требуемой энергии. Реакции, происходящие сами по себе, часто сопровождаются потерей
энергии, но это не может служить критерием по которому мы сможем предугадать: произойдёт ли реакция?

Любой процесс происходит так, что более желаемое состояние системы — это менее упорядоченое (всё стремится к
беспорядку). Математически, беспорядок более вероятен, пример: представим два соединённых сосуда, поместим
в них одну молекулу. Вероятность, что молекула окажется в сосуде А — 50%, в сосуде Б — 50%. Если мы поместим
две молекулы, то мы получим четыре возможных комбинации: молекулы окажутся в сосуде А — 25%, в сосуде Б — 25%,
в двух разных сосудах — 50%. Если мы попробуем разместить четыре молекулы, то вероятность, что молекулы
сгруппируются по парам — 3/8. Если увеличивать количество молекул, то мы увидем тенденцию, что вероятность
нахождения молекул в одном сосуде становится бесконечно мала, тогда как вероятность равномерного распределения
всегда больше.

Таким образом, любая система стремится к более вероятному состоянию — менее упорядоченному. Беспорядок
можно выразить через количество возможных комбинаций распределения энергии, например, если мы возьмём кристалл,
в котором находится восемь атомов, опустим температуру до абсолютного нуля, то все восемь атомов будут
находиться в вершинах кристалла и передача энергии между ними невозможна, таким образом есть только
одна возможная комбинация и W=1. Если сообщить кристаллу достаточное количество энергии
что бы перенести один из атомов в возбуждённое состояние, то мы получим восемь возможных состояний системы,
так W=8.

Третий закон термодинамики

Третий закон термодинамики можно сформулировать так: энтропия чистого твёрдого кристалла равна нулю при
абсолютном нуле.

Энтропия — это мера беспорядка, выражается S = k • ln W, где k — это константа Больцмана, определяющая
зависимость энергии от температуры. В изолированной системе (система, в которой невозможны передача энергии
или материи за её пределы) каждое изменение состояния обозначает, что система переходит в более вероятное
состояние, т.е. энтропия увеличивается.

В неизолированной системе может происходить обмен энергией с окружающей средой. Таким образом, изменение энтропии
это сумма ΔS_среды и ΔS_{системы}, т.е. изменение энтропии, это:

Так можно вывести, что сумма любой системы и окружающей среды — это вселенная. Рудольф Клаузиус сформулировал
первый и второй законы термодинамики так:

• Энергия вселенной постоянна
• Энтропия вселенной постоянно увеличивается

Энтропия системы

Действие Второго Закона термодинамики объясняется его статистическим характером. Теплота тела характеризует среднюю энергию большого числа его молекул. Среди этих молекул могут быть и более энергичные, и менее энергичные.

Но, для того, чтобы одна часть тела стала теплее, а другая холоднее – необходимо чтобы все более энергичные молекулы оказались в одной части, а все менее энергичные – в другой. В связи с огромным числом молекул в веществе, вероятность такого события можно считать нулевой. Любое же направленное движение – это упорядоченное движение всех молекул тела. Без внешнего воздействия вероятность такого упорядоченного движения также нулевая.

Поэтому, хотя отдельные движения молекул могут быть любыми, макроскопическое состояние системы всегда переходит к более вероятному, более хаотичному. Мерой хаоса системы является специальное понятие – энтропия системы $S$.

Рис. 3. Мера беспорядка энтропия.

Чем выше энтропия системы, тем более беспорядочно движутся ее составляющие. Все процессы в природе текут в сторону увеличения энтропии, поскольку это направление более вероятно.

Таким образом, если тело имеет температуру $T$, и ему передано количество тепла $ΔQ$, то формула второго закона термодинамики будет выражена соотношением:

$$ΔS \geq { ΔQ \over T}$$

Что мы узнали?

Второй Закон термодинамики гласит, что тепло более горячей системы переходит только в сторону более холодной. Это необратимый процесс, который идет всегда в сторону большего хаоса (в сторону увеличения энтропии). Чтобы тепло перешло от более холодной системы к более горячей, необходимо внешнее воздействие.

1. /10

   Вопрос 1 из 10

   Тепло всегда передается в направлении…

   • от меньшей температуры к большей
   • от большей температуры к меньшей
   • в обоих направлениях равновероятно
   • тепло передать невозможно

Что изучает термодинамика

Объектом изучения термодинамики являются тепловые свойства тел, а также систем, которые находятся в состоянии теплового равновесия. Оно объясняется законом сохранения энергии, при этом не учитывается внутреннее строение тел, включенных в систему.

В термодинамике не рассматриваются такие микроскопические величины, как размеры молекул и атомов, их количество и масса. Этот раздел физики рассматривает процессы в большом масштабе

Благодаря созданию законов термодинамики удалось установить связь между несколькими наблюдаемыми физическими величинами, которые характеризуют состояние системы. К ним относится следующие параметры:

• объем;
• давление;
• концентрация;
• температура;
• энергия.

Указанные параметры не применимы к отдельным молекулам, поскольку используются для детального описания систем в общем виде. Решения, основанные на термодинамических законах, встречаются в различных сферах, в том числе теплотехнике и электроэнергетике

Это свидетельствует о важности понимания химических процессов и фазовых переносов. Принципы термодинамики тесно связаны с квантовой механикой

Эти независимые теории обращаются к физическим явлениям материи и света.

Формула теплоемкости и главная формула КПД в термодинамике

Когда теплообмен проявляется передачей телу определенного количества теплоты, его энергия, как и температура, меняются.

То количество теплоты, обозначаемое \(Q\), которое понадобится для того, чтобы 1 кг определенного вещества нагреется на 1 К, носит определение теплоемкости вещества и обозначается с.

Математическое выражение относительно переданного количества теплоты выглядит формулой:

\(Q=cm(t_2-t_1)=cm\Delta t\)

Измеряется величина в Дж/(кг∙К).

При t2〉t1, количество теплоты со знаком плюс, следовательно, вещество нагревается. Если наоборот, то Q — со знаком минус, и вещество остывает.

В физике, характеризуя свойства вещества, говорят о его теплоемкости. Это имеет значение, например, при выборе стройматериалов или сырья для изготовления нагревательных приборов. Теплоемкость равна произведению массы на удельную теплоемкость данного тела:

\(C=cm\)

Учитывая, что в величине теплоемкости уже отражена масса, то сокращенная формула для определения \(Q\) выглядит так:

 \(Q=C(t_2-t_1)\)

С другой стороны, то количество теплоты, которое отдает источник, можно высчитать по формуле: 

\(Q=Pt.\)

В выражении буквой \(P\) обозначается мощность нагревателя, а \(t\) — время их контакта.

Конструкция, состоящая из нагревателя, тела-реципиента теплоты и охладителя, носит название тепловой машины. В качестве примера рассматривается двигатель внутреннего сгорания. Как и любой механизм, она имеет такую характеристику, как КПД — коэффициент полезного действия. Для его расчета применяется формула:

\(\eta=(Q_н-Q_x)/Q_н\)

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения энергии применительно к термодинамическим процессам: энергия не исчезает в никуда и не возникает из ничего, а лишь переходит из одного вида в другой в эквивалентных количествах. Примером может послужить переход теплоты (тепловой энергии) в механическую энергию, и наоборот.

Если к М кг газа, занимающего объем V (м3) при температуре Т подвести при постоянном давлении некоторое количество теплоты dQ, то в результате этого температура газа повысится на dT, а объем – на dV. Повышение температуры связано с увеличением кинетической энергии движения молекул dK.
Увеличение объема сопровождается увеличением расстояния между молекулами и, как следствие, уменьшением потенциальной энергии dH взаимодействия между ними. Кроме того, увеличив объем, газ совершает работу dA по преодолению внешних сил.
Если, кроме указанных, никаких иных процессов в рабочем теле не происходит, то на основании закона сохранения энергии можно записать:

dQ = dK + dH + dA.

Сумма dK + dH представляет собой изменение внутренней энергии dU молекул системы в результате подвода теплоты.
Тогда формулу сохранения энергии для термодинамического процесса можно записать в виде:

dQ = dU + dA    или    dQ = dU + pdV.

Это уравнение представляет собой математическое выражение первого закона термодинамики: количество теплоты dQ, подводимое к системе газа, затрачивается на изменение ее внутренней энергии dU и совершение внешней работы dA.

Условно считают, что при dQ > 0 теплота сообщается рабочему телу, а при dQ < 0 теплота отнимается от тела. При dA > 0 система совершает работу (газ расширяется), а при dA < 0 работа совершается над системой (газ сжимается).

dU(т. е. увеличением скорости молекул)

Первый закон термодинамики имеет еще одну формулировку: энергия изолированной термодинамической системы остается неизменной независимо от того, какие процессы в ней протекают.
Невозможно построить вечный двигатель первого рода, т. е. периодически действующую машину, которая совершала бы работу без затраты энергии.

***

Почему невозможен вечный двигатель первого рода?

Людей издревле привлекала ее величество Халява. Философский камень, превращающий любой металл в золото, скатерть самобранка, с которой не нужно готовить, джин, исполняющий любые желания. Еще одной такой идеей была идея вечного двигателя.

Если никто не пытался найти скатерть-самобранку, то вечный двигатель пытались изобрести очень много раз. На протяжении веков разные люди спрашивали себя: как построить вечный двигатель? Согласно историческим записям первым такую попытку предпринял в двенадцатом веке некий индийский ученый. Затем было еще множество попыток, в том числе плотно занимался вопросом и Леонардо да Винчи. Наконец, в девятнадцатом веке светлые головы Германа Гельмгольца и Джеймса Джоуля сформулировали первое начало динамики и подтвердили его опытами,  чем развеяли все сомнения. В помощь также статья, о том, как делать презентацию в ворде и powerpoint.

Вечный двигатель Леонардо да Винчи

Вечный двигатель невозможен, потому что так устроен мир. Об этом говорят нам законы термодинамики. Согласно первому началу термодинамики, количество теплоты, полученное системой, идет на изменение внутренней энергии системы, а также на совершение работы против внешних сил. Например, газ, помещенный в цилиндр с поршнем, получая определенное количество теплоты, увеличивает свою внутреннюю энергию, молекулы движутся быстрее, газ занимает больший объем и толкает поршень (работа против внешних сил). Иными словами, если работа совершается без  внешнего притока энергии, она может совершаться лишь за счет внутренней энергии системы, которая рано иди поздно иссякнет, преобразовавшись в совершенную работу, на чем все закончится и система придет к состоянию термодинамического равновесия

Ведь энергия в мире никуда не уходит и не приходит, ее количество остается постоянным, а меняется лишь форма.  Конечно, Вы обратили внимание на то, что речь идет о так называемом вечном двигателе первого рода (который может совершать работу без энергии). Спешим заверить, существование вечного двигателя второго рода также невозможно и объясняется вторым началом термодинамики, о котором мы поговорим в ближайшем будущем

Энергия и ее формы

Идеальный газ

Идеальный газ – это идеализация, как и материальная точка. Молекулы такого газа являются материальными точками, а соударения молекул – абсолютно упругие. Взаимодействием же молекул на расстоянии пренебрегаем. В задачах по термодинамике реальные газы часто принимаются за идеальные. Так гораздо легче жить, и не нужно иметь дела с массой новых членов в уравнениях.

Итак, что происходит с молекулами идеального газа? Да, они движутся! И резонно спросить, с какой скоростью? Конечно, помимо скорости молекул нас интересует еще и общее состояние нашего газа. Какое давление P он оказывает на стенки сосуда, какой объем V занимает, какая у него температура T.

Для того, чтобы узнать все это, есть уравнение состояния идеального газа, или уравнение Клапейрона-Менделеева

Здесь m – масса газа, M – его молекулярная масса (находим по таблице Менделеева), R – универсальная газовая постоянная, равная 8,3144598(48) Дж/(моль*кг).

Универсальная газовая постоянная может быть выражена через другие константы (постоянная Больцмана и число Авогадро)

Массу, в свою очередь, можно вычислить, как произведение плотности и объема.

Первое начало термодинамики

Согласно первому закону термодинамики, \(Q\) (количество внутренней теплоты), которое получил газ извне, расходуется на совершение работы \(А\) и изменение внутренней энергии \(U\). Формула закона: \(Q=\Delta U+A\).

На практике газ может быть нагрет либо охлажден. Однако в данном случае рассматривается изотермический процесс, в котором один из характеризующих параметров остается неизменным.

Если процесс изотермичен, в химии включается закон Бойля-Мариота. В нем говорится, что давление газа соотносится к изначальному объему, при стабильной температуре, обратно пропорционально.

\(Q=A\)

Когда процесс происходит при неизменном объеме, говорят об изохорности. Здесь вступает в действие закон Шарля. В обозначенных условиях то тепло, которое поступило к газу, расходуется на изменение внутренней энергии. Другими словами, \(P\) пропорционально \(T\).

\(Q=\Delta U\)

Протекание процессов в идеальном газе при неизменном давлении носит характер изобарного. Здесь действует закон Гей-Люссака, который выражается уравнением:

\(Q=\Delta U=p\Delta V\)

Полная формулировка закона гласит: полученное тепло при изобарном процессе расходуется на совершение работы газом, а также изменяет его внутреннюю энергию.

Часть процессов происходят изолированно от внешней среды. Газ не получает дополнительной энергии. Такая ситуация носит название адиабатной и математически записывается: \(Q=0\). Работа \(А\) в таком случае выражается: \(A=-\Delta U.\)

Использованные материалы

1. Сапожников С. З., Китанин Э. Л. Техническая термодинамика и теплопередача. — Изд-во СПбГТУ, 1999. — 319 с.
2. Свиридонов М. Н. Развитие понятия энтропии в работах Т. А. Афанасьевой-Эренфест (рус.) // История и методология естественных наук. Выпуск X. Физика. — Издательство МГУ, 1971. — 112—129 с.
3. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 5-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 544 с.
4. Путилов К. А. Термодинамика. — Наука, 1971. — 376 с.
5. Кириллин В. А. и др. Техническая термодинамика. — 5-е изд. — Изд. дом МЭИ, 2008. — 496 с.
6. Коновалов В. И. Техническая термодинамика. — Иван. гос. энерг. ун-т, 2005. — 620 с.
7. Ерофеев В. Л. и др. Теплотехника. — Академкнига, 2008. — 488 с.
8. Глаголев К. В., Морозов А. Н. Физическая термодинамика. — 2-е изд. — Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. — 270 с.
9. Термодинамика. https://en.wikipedia.org/wiki/Термодинамика
10. Законы термодинамики. https://en.wikipedia.org/wiki/Laws_of_thermodynamics
11. И.Н. Бекман. Классическая термодинамика. http://profbeckman.narod.ru/InformLekc.files/Inf03.pdf
12. В.И. Барсуков, О.С. Дмитриев. Молекулярная физика и начала термодинамики. https://tstu.ru/book/elib/pdf/2015/bars1-t.pdf

Уравнения конвективного теплообмена

Согласно уравнению Фурье тепловая мощность, которая сообщается через ламинарный пограничный слой жидкости, может быть выражена как:

$dQ=-\lambda \frac{dt}{dn}dS\left( 10 \right)$.

где $dS$ — площадь поверхности теплообмена.

Дифференциальное уравнение теплообмена имеет вид:

$\alpha =-\frac{\lambda }{\Delta t}\frac{dt}{dn}\left( 11 \right)$.

где$\alpha $ – коэффициент теплообмена, характеризующий условия теплообмена.

Уравнение:

$Q=\alpha \Delta tS\, è\, q=\alpha \Delta t\, \left( 12 \right)$.

называют уравнением Ньютона. В формуле (12) температурный напор и коэффициент α характеризуют условия теплообмена жидкости и поверхности твердого тела.

Уравнение, связывающее временные и пространственные изменения температуры в любой точке жидкости называют уравнением Фурье – Кирхгофа:

$\frac{Dt}{d\tau }=\frac{\lambda }{c\rho }\mathrm{\nabla }^{2}t\, \left( 13\right)$.

где $\frac{Dt}{d\tau }$ – характеризуют полное изменение температуры элемента перемещающейся жидкости, которое вызвано изменением температуры во времени и изменением температуры в результате движения элемента в пространстве.

Законы термодинамики

В настоящее время существует четыре основных закона термодинамики. Все эти группы разделы по смысловой нагрузке. Сегодня структуризация законов состоит из:

• закона сохранения энергии (первый закон термодинамики);
• закона возрастания энтропии (второй закон термодинамики);
• описания поведения энтропии при абсолютном температурном нуле (третий закон термодинамики);
• нулевого закона термодинамики.

Первый закон термодинамики рассказывает о применении закона сохранения энергии, когда он действует в отношении определенной термодинамической системы.

Рисунок 2. Второй закон термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Второе начало предполагает выдвижение некоторых специальных ограничений. Они должны относиться к направлениям термодинамических процессов. В частном случае они дают запрет на самопроизвольную передачу тепла от одного нагретого тела к другому, которое нагрето меньше первого. Также второй закон термодинамики еще называют законом возрастания энтропии.

В третьем законе термодинамики идет описание поведения энтропии в момент максимального приближения значения к температурному абсолютному нулю.

Замечание 1

К так называемому нулевому закону термодинамики относят выражение отношения определенной замкнутой системы к номинальному состоянию термодинамического равновесия. Он применяется в том случае, когда подобная система уже не в состоянии самостоятельно выбраться из этого положения, однако начальный вид замкнутой системы может иметь неопределенное состояние.

Второй и третий законы термодинамики

Второй закон термодинамики гласит, что прохождение процесса будет невозможным, если единственным его результатом будет передача энергии с помощью теплообмена к телу с более высокой температурой от тела с низкой. Этот закон позволяет объяснить некоторые явления, которые не противоречат первому началу. Формула второго закона термодинамики используется для определения возрастания энтропии в изолированных системах.

В отличие от первого закона термодинамики, третий позволяет определить, как будет вести себя термодинамическая система около абсолютного нуля температур. Третье начало термодинамики называют теоремой Нернста — Планка.

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Контрольная

| от 300 ₽ |

Реферат

| от 500 ₽ |

Курсовая

| от 1 000 ₽ |

Нужна помощь

Первый закон: принцип сохранения энергии

«Энергия не создается и не уничтожается. Его можно только трансформировать или переносить с одного объекта на другой ».

Это известное утверждение — первый закон термодинамики, который гласит, что общее количество энергии во Вселенной не изменилось с момента ее возникновения. Единственное, что может делать энергия, — это трансформироваться (например, переходить от химической энергии к механической) или передаваться от одного тела к другому, как мы видели с температурой в нулевом законе.

Вам может быть интересно: «10 самых плотных материалов и объектов во Вселенной»

В этом законе воплощены все физические процессы во Вселенной. От источников света в нашем доме, преобразующих электрическую энергию в энергию света, до растений, преобразующих энергию света в химическую энергию, проходящую через наши клетки, которые преобразуют химическую энергию в механическую энергию.

Однако этот принцип также защищает то, что ни один процесс преобразования энергии не эффективен на 100%. Иными словами, ни в одной системе космоса не достигается полное преобразование энергии типа A в энергию типа B. Всегда есть часть энергии, которая «теряется». И мы говорим это в кавычках, потому что на самом деле это не потеряно, а просто выпущено.

Y выделяется в виде тепла. Все реакции преобразования энергии выделяют тепло как «побочный эффект», поэтому этот принцип является частью термодинамики. То есть, если бы свет в нашем доме был на 100% эффективным (это физически невозможно), вся электрическая энергия преобразовывалась бы в свет. Но всегда есть потери в виде тепла.

И это происходит со всеми мыслимыми процессами. Тепловая энергия — это всегда та часть энергии, которая генерируется, потому что преобразования не полностью эффективны. Но именно это тепло позволяет выполнять закон сохранения энергии.