Kas olete kunagi mõelnud, kuidas soojus tegelikult töötab? Noh, mitte liiga kaua aega tagasi püüdsid teadlased oma aurumasinaid tõhusamaks muuta. Nende püüdlusi mõista energia muundamise, soojuse ja mehaanilise töö (ja seejärel suuremate temperatuuri, ruumala ja rõhu muutujate) vahelisi seoseid hakati nimetama termodünaamikaks, mis on võetud kreekakeelsest sõnast 'thermo' (tähendab 'soojus') ja ' dynamis” (tähendab jõudu). Nagu enamikku teadusuuringute valdkondi, reguleerib termodünaamikat rida seadusi, mis realiseerusid tänu käimasolevatele vaatlustele ja katsetele. Termodünaamika esimene seadus, vaieldamatult kõige olulisem, väljendab energia jäävuse põhimõtet.
Kooskõlas selle põhimõttega väljendab esimene seadus, et energiat saab muundada (st muuta ühest vormist teise), kuid seda ei saa luua ega hävitada. Tavaliselt sõnastatakse see väitega, et süsteemis sisalduva siseenergia (st koguenergia) muutus on võrdne sellesse süsteemi tarnitud soojushulgaga, millest on lahutatud süsteemi poolt ümbritsevas keskkonnas tehtud töö hulk. Töö ja soojus on tingitud protsessidest, mis lisavad või lahutavad energiat, siseenergia on aga süsteemiga seotud eriline energiavorm – süsteemi omadus, samas kui tehtud töö ja tarnitud soojus mitte. Selle eristuse oluline tulemus on see, et antud sisemise energiamuutuse saab saavutada paljude soojuse ja töö kombinatsioonidega.
Seda seadust väljendas esmakordselt Rudolf Clausius aastal 1850, kui ta ütles: 'On olemas olekufunktsioon E, mida nimetatakse 'energiaks', mille diferentsiaal võrdub adiabaatilise protsessi käigus ümbritseva tööga. Siiski oli Germain Hess (Hessi seaduse kaudu) ja hiljem Julius Robert von Mayer see, kes sõnastas seaduse esmalt, olgugi mitteametlikult. Seda saab väljendada lihtsa võrrandiga E2 – E1 = Q – W, kusjuures E tähistab siseenergia muutust, Q tähistab soojusülekannet ja W tehtud tööd. Selle seaduse teine levinud väljend, mida leidub loodusteaduste õpikutes, on ?U=Q+W, kus ? tähistab muutust ja U, soojust.
Termodünaamika oluline mõiste on 'termodünaamiline süsteem', täpselt määratletud piirkond uuritavas universumis. Kõik universumis, välja arvatud süsteem, on tuntud kui ümbrus ja see on süsteemist eraldatud piiriga, mis võib olla mõtteline või tegelik, kuid mis kokkuleppeliselt piirab piiratud ruumala. Üle selle piiri toimub töö, soojuse või aine vahetus süsteemi ja ümbruse vahel. Termodünaamika käsitleb ainult süsteemi suuremahulist reaktsiooni, mida saame katsetes jälgida ja mõõta (näiteks aurumasinad, mille jaoks uuring esmakordselt välja töötati).
Oleme kirjutanud palju artikleid tänapäevase universumi termodünaamika esimese seaduse kohta. Siin on artikkel entroopia kohta ja siin on artikkel selle kohta Hooke'i seadus .
Kui soovite termodünaamika esimese seaduse kohta lisateavet, vaadake NASA Glenni uurimiskeskus , ja siin on link Hüperfüüsika .
Oleme salvestanud ka Astronomy Cast'i episoodi planeedi Maa kohta. Kuulake siin, 51. jagu: Maa .
Allikad:
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/Termodünaamika
http://en.wikipedia.org/wiki/Laws_of_thermodynamics