Har du nogensinde spekuleret på, hvordan varme virkelig virker? Nå, for ikke så længe siden søgte videnskabsmænd, der søgte at gøre deres dampmaskiner mere effektive, at gøre netop det. Deres bestræbelser på at forstå sammenhængen mellem energiomdannelse, varme og mekanisk arbejde (og efterfølgende de større variabler temperatur, volumen og tryk) blev kendt som termodynamik, taget fra det græske ord 'termo' (som betyder 'varme') og ' dynamis” (betyder kraft). Som de fleste videnskabelige undersøgelsesområder er termodynamik styret af en række love, der blev realiseret takket være igangværende observationer og eksperimenter. Termodynamikkens første lov, uden tvivl den vigtigste, er et udtryk for princippet om energibevarelse.
I overensstemmelse med dette princip udtrykker den første lov, at energi kan transformeres (dvs. ændres fra en form til en anden), men ikke kan skabes eller ødelægges. Det er normalt formuleret ved at angive, at ændringen i den interne energi (dvs. den samlede energi), der er indeholdt i et system, er lig med mængden af varme, der leveres til det system, minus den mængde arbejde, som systemet udfører på dets omgivelser. Arbejde og varme skyldes processer, der tilføjer eller trækker energi fra, mens intern energi er en særlig form for energi, der er forbundet med systemet – en egenskab ved systemet, hvorimod udført arbejde og tilført varme ikke er det. Et væsentligt resultat af denne skelnen er, at en given indre energiændring kan opnås ved mange kombinationer af varme og arbejde.
Denne lov blev først udtrykt af Rudolf Clausius i 1850, da han sagde: 'Der er en tilstandsfunktion E, kaldet 'energi', hvis forskel er lig med det arbejde, der udveksles med omgivelserne under en adiabatisk proces.' Det var dog Germain Hess (via Hess’ lov), og senere af Julius Robert von Mayer, der først formulerede loven, dog uformelt. Det kan udtrykkes gennem den simple ligning E2 – E1 = Q – W, hvorimod E repræsenterer ændringen i indre energi, Q repræsenterer varmeoverførslen og W, det udførte arbejde. Et andet almindeligt udtryk for denne lov, som findes i naturvidenskabelige lærebøger, er ?U=Q+W, hvor ? repræsenterer forandring og U, varme.
Et vigtigt begreb inden for termodynamik er det 'termodynamiske system', et præcist defineret område af universet, der studeres. Alt i universet undtagen systemet er kendt som omgivelserne og er adskilt fra systemet af en grænse, der kan være forestillingsmæssig eller reel, men som efter konvention afgrænser et begrænset volumen. Udveksling af arbejde, varme eller stof mellem systemet og omgivelserne finder sted på tværs af denne grænse. Termodynamik beskæftiger sig kun med storskalaresponsen af et system, som vi kan observere og måle i eksperimenter (såsom dampmaskiner, som undersøgelsen først blev udviklet til).
Vi har skrevet mange artikler om den første lov om termodynamik for universet i dag. Her er en artikel om entropi, og her er en artikel om Hookes lov .
Hvis du vil have mere information om den første lov om termodynamik, så tjek ud NASAs Glenn Research Center , og her er et link til Hyperfysik .
Vi har også optaget en episode af Astronomy Cast, der handler om planeten Jorden. Hør her, Afsnit 51: Jorden .
Kilder:
http://en.wikipedia.org/wiki/First_law_of_thermodynamics
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/firlaw.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Internal_energy
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/thermo1.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics
http://en.wikipedia.org/wiki/Laws_of_thermodynamics