Principiul I al termodinamicii

Mărimile din joc

1. Energia internă $U$: suma energiilor cinetice și potențiale ale moleculelor; pentru gazul ideal depinde DOAR de temperatură.
2. Căldura $Q$: energia schimbată prin contact termic; $Q > 0$ primită, $Q < 0$ cedată.
3. Lucrul mecanic $L$: energia schimbată prin variația volumului; în convenția uzuală de la noi, $L > 0$ efectuat DE gaz (destindere), $L < 0$ primit de gaz (comprimare). La presiune constantă: $L = p \Delta V$.

Enunțul principiului I

$\Delta U = Q - L$

Variația energiei interne = căldura primită minus lucrul efectuat de sistem. Este legea conservării energiei aplicată proceselor termice.

Aplicare pe transformările simple

1. Izocoră ($V$ constant): $L = 0$, deci $\Delta U = Q$: toată căldura modifică energia internă.
2. Izotermă ($T$ constant, gaz ideal): $\Delta U = 0$, deci $Q = L$: căldura primită se transformă integral în lucru.
3. Izobară ($p$ constant): $L = p \Delta V$, iar $Q$ acoperă și lucrul, și variația energiei interne.
4. Adiabatică (fără schimb de căldură): $Q = 0$, deci $\Delta U = -L$: gazul care se destinde se RĂCEȘTE.

Exemplu rezolvat

Un gaz primește $Q = 500 \; \text{J}$ și efectuează lucrul $L = 200 \; \text{J}$. Variația energiei interne:

$\Delta U = Q - L = 500 - 200 = 300 \; \text{J}$

Temperatura gazului CREȘTE (energia internă a crescut).

Exemplu 2 (izobară)

Gaz la $p = 10^5$ Pa se destinde de la $2 \cdot 10^{-3}$ m³ la $5 \cdot 10^{-3}$ m³: $L = p \Delta V = 10^5 \cdot 3 \cdot 10^{-3} = 300$ J.

Greșeli frecvente

1. La izotermă $\Delta U = 0$ pentru gazul IDEAL: energia internă depinde doar de T.
2. La adiabatică nu există schimb de căldură, dar temperatura SE schimbă (prin lucru).
3. Nu confunda convenția: unele manuale scriu $\Delta U = Q + L$ cu L = lucrul primit; la BAC se lucrează cu $\Delta U = Q - L$, L efectuat de gaz.