v2.0.9783.3270
Fizyka dla każdego
Ciepło i termodynamika · 1 min czytania

Pierwsza zasada termodynamiki. Praca, ciepło i silnik cieplny

Gaz może zwiększyć swoją energię wewnętrzną dzięki ogrzewaniu albo dzięki sprężaniu. Żeby nie pogubić znaków, najpierw ustalamy, co oznacza dodatnia praca. Dopiero potem podstawiamy liczby.

Opublikowano: 13.10.2026 · Ostatnio zmieniany: 14.10.2026
Wyślij link e-mailem Własna poczta Komentarze: 0

Gaz może zwiększyć swoją energię wewnętrzną dzięki ogrzewaniu albo dzięki sprężaniu. Żeby nie pogubić znaków, najpierw ustalamy, co oznacza dodatnia praca. Dopiero potem podstawiamy liczby.

Potrzebne wiadomości: Energia, praca, ciśnienie i wykres p(V).

Przyjęta konwencja

W tym materiale Q jest dodatnie, gdy układ otrzymuje ciepło, a W jest dodatnie, gdy układ wykonuje pracę nad otoczeniem. Pierwsza zasada termodynamiki ma wówczas postać:

\Delta U=Q-W.

ΔU jest zmianą energii wewnętrznej. Spotyka się także zapis ΔU = Q + Wnad, gdzie pracę liczy się jako dodatnią przy wykonywaniu jej nad układem. To nie inne prawo fizyki, lecz inna definicja znaku pracy: Wnad = −W.

Praca gazu

Przy powolnym przesuwaniu tłoka przeciw stałemu ciśnieniu zewnętrznemu pzew praca gazu wynosi W = pzew(V₂ − V₁). Rozprężanie daje W dodatnie, sprężanie — ujemne. Dla procesu quasi-statycznego można liczyć pracę jako pole ze znakiem pod wykresem p(V); gdy ciśnienie nie jest stałe, iloczyn pojedynczej wartości p i całej zmiany objętości na ogół nie wystarcza.

Przykład: gaz pobiera 500 J ciepła i wykonuje 200 J pracy. Jego energia wewnętrzna rośnie o 300 J. Te 200 J nie zniknęło — gaz przekazał je otoczeniu w postaci pracy.

Pełny cykl silnika

Po pełnym cyklu układ wraca do stanu początkowego, więc ΔU = 0. Jeżeli pobrał od grzejnika Qh i oddał chłodnicy energię o dodatniej wartości Qc, to praca użyteczna wynosi W = Qh − Qc. Sprawność jest równa:

\eta=\frac{W}{Q_h}=1-\frac{Q_c}{Q_h}.

W mianowniku jest energia pobrana od grzejnika, nie różnica obu ilości ciepła. Dla silnika pobierającego 1000 J i oddającego 700 J otrzymujemy W = 300 J oraz η = 0,30, czyli 30%.

Sama pierwsza zasada nie określa, które cykle są możliwe. Ograniczenie związane z kierunkiem procesów wprowadza druga zasada. Dla silnika działającego między dwoma zbiornikami o temperaturach bezwzględnych Th i Tc sprawność nie przekracza 1 − Tc/Th; równość dotyczy cyklu odwracalnego. Bilans energii jest zatem koniecznym, ale nie jedynym sprawdzianem poprawności opisu silnika.

Zadania do tego tematu

Dalsza lektura

Materiał referencyjny

Ostatnie materiały autora

Wszystkie materiały autora »

Komentarze (0)

Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.

Dodaj komentarz

Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto

Emotikony

Zaznacz tekst i wybierz formatowanie lub użyj Ctrl/Cmd+B, I, U w polu komentarza. Znaczniki HTML nie są wykonywane.

Wybór wszystkich komentarzy obejmuje odpowiedzi. Powiadomienia wymagają potwierdzenia adresu; zrezygnujesz z nich przez link w wiadomości.

← Wróć do działu: Teoria Do góry ↑
Nie znalazłeś szukanego materiału? Napisz do nas — pomóż nam rozwijać Fizykę dla każdego.