열역학 법칙은 간단한 상태이지만,그들은 광범위에서의 결과입니다. 첫 번째 법칙이 주장하는 경우 열로 인식되고 에너지의 형태,총 에너지의 시스템 플러스의 환경은 보존,다시 말해,총 에너지는 우주의하지 않은 상태로 남아 있습니다.
첫 번째 법칙은 행동으로 고려하여 에너지의 흐름을 통해 경계를 분리하는 시스템에서 입니다., 움직일 수있는 피스톤이있는 실린더에 둘러싸인 가스의 고전적인 예를 생각해보십시오. 벽 실린더의 행동으로 경계를 분리하는 가스 내부에서 외부 세계,그리고 움직일 수 있는 피스톤을 위한 메커니즘을 제공합 가스를 일으로 확장하는 대한 힘을 들고의 피스톤(가정은 마찰)습니다. 는 경우 가스가 일 W 되는 것으로,및/또는 열을 흡수 Q 에서 그 주변의 벽을 통해 실린더,이에 해당하 net 에너지의 흐름 W−Q 통해 경계하면 입니다., 총 에너지 U 를 보존하기 위해서는 가스의 내부 에너지에 평형 변화 ΔU=Q−W(1)가 있어야합니다. 첫 번째 법칙의 종류를 제공하는 엄격한 에너지는 회계 시스템에는 변경에서 에너지를 계정(ΔU)의 차이와 같은 예금(Q)인출(W).
수량 ΔU 와 관련 에너지 수량 Q 와 W 사이에는 중요한 구별이있다., 부터 내 에너지은 것이 특징에 의해 완전히 수량(또는 매개 변수)그 고유하게 결정하는 시스템의 상태에서 균형 이라고 말할 수 있는 상태 기능 등 어떤 변경에서 에너지는 결정에 의해 완전히 초기(i)및 최종(f)미국의 시스템:ΔU=Uf−Ui. 그러나 Q 와 W 는 상태 기능이 아닙니다. 로의 예제에서는 파열,풍선 가스 내 수도 전혀 없는 일에 도달에 최종 확장 상태,또는 그것을 할 수 있는 최대 작동을 확대하여 안쪽에 실린더를 가진 움직일 수 있는 피스톤을 도달하는 동일한 최종 상태입니다., 필요한 것은 에너지의 변화(ΔU)가 동일하게 유지된다는 것입니다. 비유하자면,하나의 은행 계좌에서 동일한 변화는 예금과 인출의 많은 다른 조합에 의해 달성 될 수있다. 따라서,Q W 지 않은 상태이기 때문에,자신의 값에 따라 특정 프로세스(또는 경로)연결 같은 최초 및 최종 states. 로 그 의미가 더 큰 말하의 균형에서 하나의 은행 계좌 이상의 예금 또는 철회는 콘텐츠,그것은 단지 의미 있는 말이 내부의 에너지 시스템과하지 않는 그것의 열 또는 직장 내용입니다.,
에서 공식적인 수학적 관점의 점진적인 변화 뒤에는 내부에너지의 정확한 차이(보는 미분 방정식),동시에 해당 증가 변경 또한 우리가 당신을 위해 다른 d d’W 에서의 열 및 작동되지 않기 때문에 정확한 적분의 이러한 수량 경로에 따라 다릅니다. 이러한 개념은 열역학의 정확한 수학적 공식화에서 큰 이점으로 사용될 수 있습니다(아래 열역학적 특성 및 관계 참조).,
열 엔진
이전의 예열 엔진은 증기 엔진 있지만,모든 현대적인 엔진에 따라 동일한 원칙입니다. 증기 엔진은 피스톤이 각 사이클마다 한 번 위아래로 움직이는 순환 방식으로 작동합니다. 뜨거운 고압 증기는 각 사이클의 전반부에 실린더에 인정한 다음 후반부에 다시 탈출하도록 허용됩니다. 전반적인 효과를 열 Q1 에 의해 생성되는 불타는 연료를 증기로 변환 그것의 일부를 일,그리고 배기가 남은 열 Q2 환경에서 더 낮은 온도., 흡수 된 순 열 에너지는 Q=Q1-Q2 입니다. 엔진이 초기 상태로 돌아 가기 때문에 내부 에너지 U 는 변하지 않습니다(ΔU=0). 따라서 열역학의 첫 번째 법칙에 따라 각 완전한주기에 대해 수행되는 작업은 W=Q1-Q2 여야합니다. 즉,각 완전한 사이클에 대해 수행 된 작업은 고온에서 엔진에 의해 흡수 된 열 Q1 과 더 낮은 온도에서 소진 된 열 Q2 의 차이 일뿐입니다. 열역학의 힘은이 결론이 엔진의 상세한 작동 메커니즘과 완전히 독립적이라는 것입니다., 그것은 열이 에너지의 한 형태로 간주되는 에너지의 전반적인 보존에만 의존합니다.
돈을 절약하기 위해 연료가 오염되지 않도록 방 환경 쓰레기와 함께 열처,엔진을 극대화하도록 설계되었 변환의 열을 흡수 Q1 으로 유용한 작업을 최소화는 물론이고 폐열을 회수 Q2. 엔진의 카르노 효율(η)은 비율로 정의됩니다 W/Q1—즉,작업으로 변환되는 Q1 의 분율., 이후 W=Q1−Q2,효율성 또한 표현할 수 있는 형태로
(2)
경우는 없었 폐열 모든 다음,Q2=0η=1,에 해당하는 100 퍼센트 효율입니다. 을 줄이는 동시에 마찰에서 엔진은 감소,폐열이 될 수 없을 제거한다;따라서,거기에 제한이 얼마나 작은 Q2 할 수 있고,따라서는 방법에 큰 효율성이 될 수 있습니다. 이 제한은 자연의 기본 법칙—사실 열역학의 두 번째 법칙(아래 참조)입니다.