Первый закон термодинамики

Сохранение энергии

Энергия может быть преобразована из одной формы в другую, но вся энергия, которая присутствует до изменения, всегда существует в какой-то форме после завершения изменения. Это наблюдение выражается в Законе сохранения энергии: Во время химических или физических изменений энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, хотя ее можно изменить по форме.

В соответствии с законом об сохранении материи, общее количество вещества в процессе химического изменения не изменяется. Когда происходят химические реакции, изменения энергии относительно скромны, а изменения массы слишком малы для измерения. Таким образом, законы сохранения материи и энергии хорошо выполняются. Однако в ядерных реакциях изменения в энергии намного больше (по факторам, которые составляют миллион или около того), массовые изменения измеримы, и конверсии в материю-энергию значительны.  

Передача энергии и внутренняя энергия

Вещества действуют как резервуары энергии, что означает, что энергию можно добавлять к ним или удалять из них. Энергия хранится в веществе, когда кинетическая энергия его атомов или молекул поднимается. Большая кинетическая энергия может быть в виде повышенных перемещений (движения по прямой или прямой линии), вибраций или вращений атомов или молекул. При потере тепловой энергии интенсивность этих движений уменьшается, и кинетическая энергия падает.  

Суммарное количество всех возможных видов энергии, присутствующих в веществе, называется внутренней энергией (U), иногда представляет собой символы Е.

По мере того как система претерпевает изменения, ее внутренняя энергия может меняться, и энергия может передаваться из системы в окружающую среду или из окружающей среды в систему. Таким образом, окружающее также испытывает равное и противоположное изменение в его энергии.

Внутренняя энергия является примером функции состояния (или переменной состояния), тогда как тепло и работа не являются функциями состояния. Значение функции состояния зависит только от состояния системы, а не от того, как достигается это состояние. Если количество не является функцией состояния, то его значение зависит от того, как достигается состояние. Примером функции состояния является высота или высота над уровнем моря. Стоя на вершине горы. Килиманджаро на высоте 5895 м не имеет значения, как он был достигнут, кто-то там загнал или парашютировал. Расстояние, пройденное до вершины Килиманджаро, однако, не является государственной функцией. Можно подняться на вершину по прямой или по более круговым, круговым тропинкам. Таким образом, пройденное расстояние будет отличаться (расстояние не является функцией состояния); однако, достигаемое возвышение будет одинаковым (высота является функцией состояния).

Этот текст был адаптирован изOpenStax Химия 2е изд., раздел 5.1: Основы энергетики и OpenStax Химия 2е изд., раздел 5.3: Энтальпия.