القانون الأول للديناميكا الحرارية

الحفاظ على الطاقة

يمكن تحويل الطاقة من شكل إلى آخر، ولكن كل الطاقة الموجودة قبل حدوث التغيير موجودة دائماً بشكل ما بعد اكتمال التغيير. يتم التعبير عن هذه الملاحظة في قانون الحفاظ على الطاقة: أثناء التغيير الكيميائي أو الفيزيائي، لا يمكن إنشاء أو تدمير الطاقة، على الرغم من أنه يمكن تغييرها في الشكل.

وفقاً لقانون حفظ المادة، لا يوجد تغيير يمكن اكتشافه في الكمية الإجمالية للمادة أثناء تغيير كيميائي. عندما تحدث تفاعلات كيميائية، تكون تغيرات الطاقة متواضعة نسبياً، وتغيرات الكتلة أصغر من أن تُقاس. وبالتالي، فإن قوانين الحفاظ على المادة والطاقة جيدة. ومع ذلك، في التفاعلات النووية، تكون تغيرات الطاقة أكبر بكثير (بعوامل تصل إلى مليون أو نحو ذلك)، والتغيرات في الكتلة قابلة للقياس، وتحولات المادة والطاقة كبيرة.

نقل الطاقة والطاقة الداخلية

تعمل المواد كمستودعات للطاقة، مما يعني أنه يمكن إضافة الطاقة إليها أو إزالتها منها. تُخزن الطاقة في مادة ما عند ارتفاع الطاقة الحركية لذراتها أو جزيئاتها. قد تكون الطاقة الحركية الأكبر في شكل زيادة الترجمات (السفر أو حركات الخط المستقيم) أو الاهتزازات أو دوران الذرات أو الجزيئات. عند فقدان الطاقة الحرارية ، تقل شدة هذه الحركات وتنخفض الطاقة الحركية.  

يُطلق على إجمالي جميع أنواع الطاقة الممكنة الموجودة في مادة ما الطاقة الداخلية (U) ، ويُرمز إليها أحيانًا باسم E.

عندما يخضع النظام للتغيير ، يمكن أن تتغير طاقته الداخلية، ويمكن نقل الطاقة من النظام إلى المناطق المحيطة، أو من المناطق المحيطة إلى النظام. وبالتالي، تشهد البيئة المحيطة أيضًا تغيراً مساوياً ومعاكساً في طاقتها.

الطاقة الداخلية هي مثال لدالة الحالة (أو متغير الحالة)، في حين أن الحرارة والعمل ليسا من وظائف الحالة. تعتمد قيمة دالة الحالة فقط على الحالة التي يوجد بها النظام ، وليس على كيفية الوصول إلى هذه الحالة. إذا كانت الكمية ليست دالة حالة ، فإن قيمتها حقّاً تعتمد على كيفية الوصول إلى الحالة. مثال على وظيفة الحالة هو الارتفاع أو الارتفاع. يقف على قمة جبل. كليمنجارو على ارتفاع 5895 مترًا ، لا يهم كيف تم الوصول إليه ، سواء كان هناك شخص ما مشياً أو بالمظلة هناك. ومع ذلك، فإن المسافة المقطوعة إلى قمة كليمنجارو ليست من وظائف الحالة. يمكن للمرء أن يصعد إلى القمة عبر طريق مباشر أو بمسار ملتف أكثر. وبالتالي، فإن المسافات المقطوعة ستختلف (المسافة ليست وظيفة حالة) ؛ ومع ذلك، سيكون الارتفاع الذي تم الوصول إليه هو نفسه (الارتفاع هو دالة حالة).

تم اقتباس هذا النص من OpenStax Chemistry 2e, Section 5.1: Energy Basics and OpenStax Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.