Termodinamik tizim

Termodinamikaning birinchi qonuni nima?
Koʻpgina quvvat stansiyalari va dvigatellar issiqlik energiyasini ishga aylantirish orqali ishlaydi. Buning sababi, qizdirilgan gaz mexanik turbinalar yoki porshenlarni harakatlantirib ish bajarishi mumkin. Termodinamikaning birinchi qonuni gazlar uchun energiyaning saqlanish qonunini tavsiflaydi. Termodinamikaning birinchi qonuniga koʻra, \Delta UΔUdelta, U sistema ichki energiyasining oʻzgarishi sistemaga berilgan issiqlik miqdori QQQ va sistema ustida bajarilgan ish WWW ning yigʻindisiga teng. Formula shaklida termodinamikaning birinchi qonuni quyidagicha:
\Large \Delta U=Q+WΔU=Q+Wdelta, U, equals, Q, plus, W
[Shoshmang, nega mening kitobim/oʻqituvchim ushbu formulada manfiy ishora qoʻygan?]
Bu yerda \Delta UΔUdelta, U – sistema ichki energiyasi UUU ning oʻzgarishi. QQQ – sistemaga uzatilgan umumiy issiqlik miqdori, yaʼni QQQ sistemaga uzatilgan barcha issiqlik miqdorlarining yigʻindisi. WWW – sistema ustida bajarilgan umumiy ish.
Demak, musbat issiqlik miqdori QQQ va musbat ish WWW sistemaga energiya beradi. Shuning uchun termodinamikaning birinchi qonuni \Delta U=Q+WΔU=Q+Wdelta, U, equals, Q, plus, W shaklida yoziladi. Uni shunchaki sistemaning ichki energiyasini sistemaga issiqlik uzatib yoki sistema ustida ish bajarib oshirish mumkin deb aytsa ham boʻladi.
Bu yerdagi har bir had (\Delta U, Q, WΔU,Q,Wdelta, U, comma, Q, comma, W) nimani bildiradi?
Hech qanday misol termodinamikaning birinchi qonunini qoʻzgʻaluvchan porshen ostiga qamalgan gaz (masalan, havo yoki geliy) misolida tushuntira olmaydi. Porshen vertikal harakatlanib, gazning siqilishi yoki kengayishiga imkoniyat beradi (lekin birorta ham gaz molekulasi idishni tark etmaydi).

Porshen ostiga qamalgan gaz molekulalari “sistema”ni tashkil qiladi. Bu gaz molekulalari kinetik energiyaga ega. 
[Gaz molekulasi potensial energiyaga egami?]
Sistemaning ichki energiyasi UUU sistemani tashkil etuvchi barcha molekulalarning individual kinetik energiyalari yigʻindisiga teng. Shunday qilib, agar gaz temperaturasi TTT ortsa, gaz molekulalari harakati tezlashadi va gazning ichki energiyasi UUU ortadi (bu esa \Delta UΔUdelta, U musbat ishorali boʻlishini bildiradi). Xuddi shunga oʻxshab, gaz temperaturasi TTT kamaysa, gaz molekulalari harakati sekinlashadi va gazning ichki energiyasi UUU kamayadi (bu esa \Delta UΔUdelta, U manfiy ishorali boʻlishini bildiradi).
Gaz molekulalarining tezligi oshganda ichki energiya UUU va harorat TTT ham oshishini esdan chiqarmaslik juda muhimdir, chunki ular bir xil narsani, yaʼni sistemada qancha energiya borligini oʻlchashning ikki xil usulidir. Harorat va ichki energiya toʻgʻri proporsional T \propto UT∝UT, \propto, U ekani bois agar ichki energiya ikki marta ortsa, harorat ham ikki marta ortadi. Xuddi shunga oʻxshab, agar harorat oʻzgarmasa, ichki energiya ham oʻzgarmaydi.
Gazning ichki energiyasi UUU ni (shuningdek, uning haroratini) oshirish usullaridan biri bu gazga QQQ issiqlik miqdorini uzatishdir. Biz buni konteynerni olov ustiga qoʻyish yoki qaynoq suvga botirish orqali amalga oshirishimiz mumkin. Keyin issiqlik miqdori yuqori haroratli muhitdan idishning devorlari orqali gazga oʻtadi, bu esa gaz molekulalarining tezroq harakatlanishiga olib keladi. Agar gaz tashqi muhitdan issiqlik qabul qilsa, QQQ musbat son boʻladi. Aksincha, gazdan issiqlik chiqarish orqali gazning ichki energiyasini kamaytirishimiz ham mumkin. Buni konteynerni muzli xonaga qoʻyish orqali amalga oshirishimiz mumkin. Agar gaz tashqi muhitga issiqlik chiqarsa, QQQ manfiy son boʻladi. QQQ issiqlik miqdorining holatlar boʻyicha ishorasi quyidagi jadvalda keltirilgan.

Porshen harakatlanishi mumkinligi sababli porshen pastga siljishi va gazni siqish orqali gaz ustida ish bajarishi mumkin. Pastga qarab harakatlanadigan porshenning gaz molekulalari bilan toʻqnashishi gaz molekulalarining tezroq harakatlanishiga olib keladi va bu umumiy ichki energiyani oshiradi. Agar gaz siqilgan boʻlsa, W_\text{gaz ustida}Wgaz ustida​W, start subscript, start text, g, a, z, space, u, s, t, i, d, a, end text, end subscript gaz ustida bajarilgan ish musbat son boʻladi. Aksincha, agar gaz kengayib, porshenni yuqoriga itarsa, bunda gaz ish bajaradi. Gaz molekulalarining yuqoriga koʻtariladigan porshen bilan toʻqnashishi gaz molekulalarining sekinlashishiga olib keladi va bu gazning ichki energiyasini kamaytiradi. Agar gaz kengaygan boʻlsa, gaz ustida bajarilgan ish W_\text{gaz ustida}Wgaz ustida​W, start subscript, start text, g, a, z, space, u, s, t, i, d, a, end text, end subscript manfiy boʻladi. WWW ishning holatlar boʻyicha ishorasi quyidagi jadvalda keltirilgan.

Quyidagi jadvalda har bir holat uchun \Delta U, Q, WΔU,Q,Wdelta, U, comma, Q, comma, W ning ishorasi keltirilgan.