Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt: "Die Gesamtenergie eines isolierten Systems wird weder erzeugt noch zerstört, sie bleibt konstant."
Obwohl die Definition sehr technisch und schwer verständlich erscheint, gibt es zahlreiche Beispiele aus dem Alltag, die dieses thermodynamische Prinzip anwenden.
Wir werden drei Beispiele verwenden:
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Ein Junge, der einen Ball in die Luft wirft.
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Dampfmaschinen.
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Solarenergie.
Wärme, Energie und Arbeit werden nach dem internationalen Einheitensystem in Joule gemessen.
Energieeinsparung in einem in die Luft geworfenen Ballon
In diesem Beispiel sind zwei Arten von Energie beteiligt: Kinetik und Potential.
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Ein Junge wirft einen Ball in die Luft.
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In dem Moment, in dem der Ball Ihre Hände verlässt, hat er Geschwindigkeit und daher kinetische Energie. Es hat noch nicht an Höhe gewonnen, daher hat es keine potentielle Energie.
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Beim Klettern verliert er an Geschwindigkeit und gewinnt an Höhe. Es verliert kinetische Energie und gewinnt potentielle Energie.
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Wenn es den höchsten Punkt erreicht, hat es nur potentielle Energie.
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Schließlich geht es wieder runter und die Energien werden wieder umgekehrt.
Dampfmaschinen
Die Entwicklung der Dampfmaschine beinhaltete den Beginn der Entwicklung des ersten der Gesetze der Thermodynamik.
Dies ist das erste Mal, dass eine thermodynamische Umwandlung stattgefunden hat, um Wärmeenergie in mechanische Energie umzuwandeln. Sein Betrieb basiert auf der Variation des Druck-Volumen-Verhältnisses.
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Anfangs ist die gesamte innere Energie des Systems die innere Energie des Kraftstoffs. Holzkohle.
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Bei der Verbrennung ändert sich die Energie, sie wird in Wärmeenergie umgewandelt.
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All diese Wärmemenge wird verwendet, um Dampf zu erzeugen und die Kolben des Motors anzutreiben. Zu diesem Zeitpunkt wird es in mechanische Energie umgewandelt.
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Wenn sich der Motor bewegt, bewegt sich die Lokomotive. Holen Sie sich eine Geschwindigkeit. Wir haben jetzt kinetische Energie.
In unserem Beispiel ist die Lokomotive kein isoliertes System. Daher findet ein Wärmeaustausch mit der Außenseite statt. In einer Dampflokomotive gibt es viele Verluste zum Beispiel:
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Der Rauch der Verbrennung und der heiße Dampf, der entweicht.
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Die Reibung zwischen den verschiedenen Mechanismen erzeugt negative Arbeit.
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Reibung mit den Spuren.
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Reibung mit Luft.
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Die Wärme vom Kessel, die an die Luft abgegeben wird.
Energieeinsparung in der Sonnenenergie
Ein Beispiel für dieses Prinzip ist die Sonnenenergie. Es wird sowohl in der Photovoltaik als auch in der Solarthermie eingesetzt.
Die Atome der Teilchen, aus denen die Sonne besteht, enthalten Energie. Innere Energie. Diese Atome reagieren ständig nuklear. Die Kernfusion wandelt diese chemische Energie in Strahlung um.
Die Sonnenstrahlung, die die Erde erreicht, wird von Sonnenkollektoren erfasst.
Sonnenkollektoren wandeln diese Energie in elektrische Energie (Photovoltaik) oder Wärmeenergie (Wärmeenergie) um.
Warum ist die Leistung eines Solarmoduls nicht 100%?
Die gesamte Sonnenenergie, die das Solarpanel erreicht, wird umgewandelt. Aber es wird nicht alles in dieselbe Art von Energie umgewandelt. Ein Teil der von einem Photovoltaikmodul empfangenen Strahlung wird in Elektrizität umgewandelt.
Ein anderer Teil wird jedoch in Wärme umgewandelt, wodurch die Platte erwärmt wird. oder es springt zurück in die Atmosphäre.