הצגת המקור של הדף "החוק הראשון של התרמודינמיקה"

'''החוק הראשון של ה[[תרמודינמיקה]]''' הוא הכללה של [[חוק שימור האנרגיה]] שמוסיפה את האפשרות של שינוי באנרגיה של מערכת דרך מעבר [[חום (פיזיקה)|חום]] אליה או ממנה, ולא רק דרך [[עבודה (פיזיקה)|עבודה]]. בכך הוא מאפשר הרחבה של מושג שימור האנרגיה מתחום 
ה[[מכניקה]] הרגילה לתחום התרמודינמיקה.

מבחינה אינטואיטיבית, החוק אומר שאנרגיה של מערכת מורכבת מהחום שאגור בתוכה ומהיכולת שלה לבצע [[עבודה (פיזיקה)|עבודה]]. כלומר, באופן בסיסי בטבע, אנרגיה יכולה לבוא לידי ביטוי בצורות של חום או עבודה בלבד ולכן על מנת לחשב את האנרגיה של מערכת יש לסכום שני גדלים שונים אלה.

==ניסוח פורמלי==
הניסוח הפורמלי של החוק נתון על ידי:
:<math>\ \Delta U = Q -  W</math> 
כאשר <math>U</math> היא ה[[אנרגיה פנימית|אנרגיה הפנימית]] של המערכת, <math>W</math> 
ה[[עבודה (פיזיקה)|עבודה]] שהמערכת ביצעה על הסביבה ו- <math>Q</math> 
ה[[חום (פיזיקה)|חום]] שזרם לתוך המערכת.

עבור שינויים [[אינפיניטסימל|אינפיניטיסמאליים]] החוק נכתב בצורה:
:<math>\ dU = \delta Q - \delta W</math>, 
הסימון <math>\delta </math> מעיד שהשינויים בחום ובעבודה אינם ביטויים המהווים [[דיפרנציאל שלם]], משום שהחום והעבודה אינן פונקציות מצב של המערכת, התלויות רק במצב הנוכחי של המערכת.

ב[[תהליך הפיך|תהליכים הפיכים]] אפשר לכתוב את החוק בצורה:
:<math>\ dU = TdS - PdV</math>, 
כאשר <math>T</math> היא ה[[טמפרטורה]], <math>S</math> ה[[אנטרופיה]], <math>P</math> ה[[לחץ]] ו-<math>V</math> ה[[נפח]].

==עבודה==
הביטוי לעבודה שנעשתה על המערכת הוא <math>\ \delta W= - PdV</math>. ניתן לקבל ביטוי זה על ידי חישוב הגידול בנפח של מערכת לכיוון אחד במרחק <math>dx</math>, כנגד לחץ <math>P</math>, כאשר שטח המגע בין המערכת לבין הסביבה הוא <math>A</math>. במקרה זה העבודה האינפיטיסימאלית שהמערכת מבצעת היא: 
:<math>\delta W_{sys\rightarrow sur} = F \cdot dx = PA \cdot \frac{dV}{A} = PdV</math>. 
העבודה שמתבצעת על המערכת שווה בגודלה והפוכה בסימנה לעבודה שהמערכת מבצעת, ולכן הביטוי המתקבל הוא: <math>\ \delta W= - PdV</math>.<br />

ניתן להסביר אינטואיטיבית את הערך השלילי של העבודה בכך שכשהמערכת מגדילה את הנפח, הכוח שמופעל עליה פועל נגד כיוון ההתפשטות שלה, ואילו כאשר נפח המערכת קטן, הכוח שמופעל עליה פועל עם כיוון ההתכווצות. לכן הסימן של העבודה שמתבצעת על המערכת יהיה תמיד הפוך לסימן של ההתפשטות: כאשר המערכת מתפשטת נקבל עבודה שלילית, וכאשר היא מתכווצת נקבל עבודה חיובית. 

==חום== 
הביטוי לחום שנכנס למערכת הוא <math>\delta Q= TdS</math>.<br />
<math>\delta Q</math> אינו דיפרנציאל שלם, כלומר הגודל <math>Q</math> אינו פונקציית מצב, ולכן היה צורך למצוא גודל שהוא כן פונקציית מצב ושעבורו יהיה אפשר לכתוב דיפרנציאל. לשם כך נטבע מושג [[אנטרופיה|האנטרופיה]].<br />
הסימן הוא חיובי, שכן כאשר זורם חום למערכת, גדלה האנטרופיה שלו.

==איברים נוספים==
איבר נוסף שנכנס לחוק לעיתים קשור באפשרות להוצאת או הוספת חלקיקים למערכת. איבר זה הוא 
<math> \sum_i \mu_i d N_i \,\!</math>, כאשר <math>N_i</math> הוא מספר החלקיקים מסוג <math>i</math> במערכת, ו<math>\mu_i</math> הוא ה[[פוטנציאל כימי|פוטנציאל הכימי]] עבור סוג זה, כך שאפשר לכתוב את החוק כ:
<math>\ dU = TdS - PdV+ \sum_i \mu_i d N_i</math>.


{{תרמודינמיקה}}
[[קטגוריה:חוקי התרמודינמיקה|1]]

[[de:Thermodynamik#Erster Hauptsatz]]