Primo principio della termodinamica
La primissima legge della termodinamica dice che l'energia non può essere creata o distrutta, ma può essere modificata. La legge forma la base del principio di conservazione dell'energia. Ciò significa che tutto ciò che utilizza energia sta cambiando l'energia da un tipo di energia ad un altro. Per esempio, l'esercizio fisico cambia l'energia dal cibo in energia cinetica (movimento). L'energia non può essere creata e non se ne va mai. Tranne il moto perpetuo che rimane un mistero. L'energia cambia solo la sua forma. Le persone possono usare i cambiamenti per fare un lavoro utile. Esempi di forme di energia nella meccanica classica includono calore, luce, energia cinetica (movimento) o potenziale. Tuttavia, nella fisica moderna si ritiene che ci siano solo due tipi di energia - la massa e l'energia cinetica, anche se questo può non essere utile a chi non ha familiarità con la fisica più complessa.
La legge significa che l'energia totale dell'universo è una costante. Tuttavia, l'energia può essere trasferita da una parte all'altra dell'universo.
La formulazione più comune della prima legge della termodinamica usata dagli scienziati è:
Storia
James Prescott Joule fu la prima persona a scoprire con esperimenti che il calore e il lavoro sono convertibili.
La prima dichiarazione esplicita della prima legge della termodinamica fu data da Rudolf Clausius nel 1850: "Esiste una funzione di stato E, chiamata 'energia', il cui differenziale è uguale al lavoro scambiato con l'ambiente circostante durante un processo adiabatico".
Termodinamica e ingegneria
In termodinamica e in ingegneria, è naturale pensare al sistema come a un motore termico che fa lavoro sull'ambiente circostante, e affermare che l'energia totale aggiunta dal riscaldamento è uguale alla somma dell'aumento di energia interna più il lavoro fatto dal sistema. Quindi δ W {displaystyle \delta W}
è la quantità di energia persa dal sistema a causa del lavoro fatto dal sistema sull'ambiente circostante. Durante la parte del ciclotermodinamico in cui il motore sta facendo lavoro, δ W {displaystyle \delta W} è positivo, ma ci sarà sempre una parte del ciclo in cui δ W {displaystyle \delta W} è negativo, ad esempio, quando il gas di lavoro viene compresso. Quando δ W {displaystyle \delta W} rappresenta il lavoro fatto dal sistema, la prima legge è scritta:
d U = δ Q - δ W {displaystyle \mathrm {d} U=delta Q-\delta W\,} 
Le persone non sono d'accordo se l'energia sia un numero positivo o negativo. Così che δ Q {displaystyle \delta Q}
è il flusso di calore fuori dal sistema, e δ W {displaystyle \delta W} è il lavoro nel sistema:
d U = - δ Q + δ W {displaystyle \mathrm {d} U = - delta Q + delta W} 
A causa di questa ambiguità, è molto importante in ogni discussione che coinvolge la prima legge stabilire esplicitamente la convenzione di segni in uso.
dU = il cambiamento di energia interna
Q = calore
W = lavoro
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Domande e risposte
D: Qual è la prima legge della termodinamica?
R: La prima legge della termodinamica è che l'energia non può essere né creata né distrutta; può solo cambiare da una forma all'altra.
D: Qual è il principio di conservazione dell'energia?
R: Il principio di conservazione dell'energia significa che tutto ciò che utilizza l'energia sta cambiando l'energia da un tipo di energia ad un altro.
D: Le macchine a moto perpetuo possono esistere?
R: No, le macchine a moto perpetuo non potrebbero mai esistere perché violerebbero una legge fondamentale della fisica, che afferma che l'energia non può essere né creata né distrutta.
D: Quali sono gli esempi di forme di energia nella meccanica classica?
R: Esempi di forme di energia nella meccanica classica sono il calore, la luce, l'energia cinetica (movimento) o potenziale.
D: Quanti tipi di energia esistono nella fisica moderna?
R: Nella fisica moderna, si ritiene che esistano solo due tipi di energia: la massa e l'energia cinetica, anche se questo potrebbe non essere utile a chi non ha familiarità con la fisica più complessa.
D: L'energia totale dell'universo è costante?
R: Sì, l'energia totale dell'universo (o di qualsiasi sistema chiuso) è costante. Tuttavia, l'energia può essere trasferita da una parte all'altra dell'universo.
D: Qual è la formulazione più comune della prima legge della termodinamica utilizzata dagli scienziati?
R: La formulazione più comune della prima legge della termodinamica utilizzata dagli scienziati è che l'energia non può essere creata o distrutta; può solo essere trasferita o convertita da una forma all'altra.
