Pierwsza zasada termodynamiki
Energia wewnętrzna, ciepło i praca
Energia wewnętrzna
🔋 Energia wewnętrzna układu (U)
Suma energii kinetycznej i potencjalnej wszystkich cząsteczek tworzących ciało. Im wyższa temperatura — tym większa energia wewnętrzna.
Ciepło i praca
1
Ciepło (Q): energia przekazywana między ciałami na skutek różnicy temperatur. Przepływa zawsze od cieplejszego do zimniejszego.
→ Jednostka: dżul [J]
2
Praca (W): energia przekazywana mechanicznie — sprężanie gazu tłokiem, tarcie, uderzenie. Praca też może zmienić energię wewnętrzną!
→ Jednostka: dżul [J]
I zasada termodynamiki
📐 I zasada termodynamiki
ΔU = Q − W
Zmiana energii wewnętrznej układu = ciepło dostarczone − praca wykonana przez układ.
ΔU — zmiana energii wewnętrznej [J]
Q — ciepło dostarczone do układu [J]
W — praca wykonana przez układ [J]
I zasada to zasada zachowania energii dla procesów cieplnych. Energia nie znika — albo zwiększa energię wewnętrzną ciała, albo jest oddana jako praca.
- Podgrzewasz gaz → Q > 0 → gaz się nagrzewa (ΔU > 0) lub rozpręża (W > 0)
- Sprężasz gaz tłokiem bez wymiany ciepła → praca na układzie → gaz się nagrzewa (ΔU > 0)
- Gaz oddaje ciepło → Q < 0 → gaz się ochładza (ΔU < 0)
- Żarówka — prąd (praca elektryczna) zamienia się w światło i ciepło
⚠️ Konwencja znaku
Q > 0 — ciepło dostarczone DO układu
Q < 0 — ciepło oddane PRZEZ układ
W > 0 — praca wykonana PRZEZ układ (rozprężenie)
W < 0 — praca wykonana NA układzie (sprężanie)
🎯 Postęp
0 / 6
📝 Zadania treningowe
Zadanie 1
I zasada termodynamiki to:
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
Odpowiedź B. I zasada to rozszerzenie zasady zachowania energii — łączy energię wewnętrzną z ciepłem i pracą.
Zadanie 2
Q = 500 J, W = 200 J. Ile wynosi ΔU?
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
$$\Delta U = Q - W = 500 - 200 = 300\,J$$
Odpowiedź B.
Odpowiedź B.
Zadanie 3
Gaz sprężony — wykonano pracę W = −400 J, Q = 0. Ile wynosi ΔU?
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
$$\Delta U = Q - W = 0 - (-400) = 400\,J$$
Gaz się nagrzał! Praca została wykonana NAD gazem, więc jego energia wewnętrzna wzrosła. Odpowiedź C.
Gaz się nagrzał! Praca została wykonana NAD gazem, więc jego energia wewnętrzna wzrosła. Odpowiedź C.
Zadanie 4
Gdy gaz oddaje ciepło (Q < 0) i nie wykonuje pracy (W = 0):
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
$$\Delta U = Q - W = Q - 0 = Q < 0$$
Gaz traci energię wewnętrzną — stygnie. Odpowiedź B.
Gaz traci energię wewnętrzną — stygnie. Odpowiedź B.
Zadanie 5
ΔU = 1000 J, W = 600 J. Ile wynosi Q?
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
Z I zasady: $\Delta U = Q - W$, stąd:
$$Q = \Delta U + W = 1000 + 600 = 1600\,J$$
Odpowiedź D.
$$Q = \Delta U + W = 1000 + 600 = 1600\,J$$
Odpowiedź D.
Zadanie 6
Które stwierdzenie o I zasadzie jest prawdziwe?
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
Odpowiedź C. Zmiana energii wewnętrznej zależy zarówno od ciepła, jak i pracy: $\Delta U = Q - W$. Energia jest zachowywana, a praca może działać zarówno na układ, jak i przez niego.