La primera llei de la termodinàmica estableix que: "L'energia total d'un sistema aïllat ni es crea ni es destrueix, es manté constant".
Tot i que la definició sembli molt tècnica i difícil de comprendre, hi ha nombrosos exemples en el dia a dia que apliquen aquest principi termodinàmic.
Utilitzarem tres exemples:
-
Un nen que llança una pilota a l'aire.
-
Les màquines de vapor.
-
L'energia solar.
La calor, l'energia i el treball, amb el sistema internacional d'unitats es mesura en Joules.
La conservació de l'energia en una pilota llançat a l'aire
En aquest exemple intervenen dos tipus d'energia: la cinètica i la potencial.
-
Un nen llança una pilota a l'aire.
-
En el moment en que surt de les seves mans la pilota té velocitat, per tant té energia cinètica. Encara no ha guanyat alçada, per tant no té energia potencial.
-
Mentre va pujant perd velocitat i guanya alçada. Perd energia cinètica i guanya energia potencial.
-
Quan arriba al punt més alt, només té energia potencial.
-
Finalment torna a baixar i les energies es tornen a invertir.
Les màquines de vapor
El desenvolupament de la màquina de vapor va implicar l'inici del desenvolupament de la primera de les lleis de la termodinàmica.
Es tracta de la primera vegada que es produeix una transformació termodinàmica per convertir energia tèrmica en energia mecànica. El seu funcionament es basa en la variació de la relació pressió volum.
-
Inicialment tota l'energia interna del sistema és energia interna del combustible. El carbó.
-
A l'realitzar una combustió hi ha un canvi en l'energia, es transforma en energia tèrmica.
-
Tota aquesta quantitat de calor s'utilitza per generar vapor i accionar els pistons de motor. En aquest moment, es converteix en energia mecànica.
-
Quan el motor es mou, la locomotora es mou. Adquireix una velocitat. Ara tenim energia cinètica.
En el nostre exemple la locomotora no és un sistema aïllat. Per tant hi ha intercanvi de calor amb l'exterior. En una locomotora de vapor hi ha moltes pèrdues per exemple:
-
El fum de la combustió i el vapor calent que s'escapa.
-
El Roze entre els diferents mecanismes genera un treball negatiu.
-
La fricció amb les vies.
-
La fricció amb l'aire.
-
La calor de la caldera que es transmet a l'aire.
La conservació de l'energia en l'energia solar
Un exemple d'aquest principi és l'energia solar. S'aplica tant a la fotovoltaica i com a la solar tèrmica.
Els àtoms de les partícules que formen el Sol contenen energia. Energia interna. Aquests àtoms pateixen constantment una reacció nuclear. La fusió nuclear converteix aquesta energia química en radiació.
La radiació solar que arriba a la Terra és captada pels panells solars.
Els panells solars transformen aquesta energia en energia elèctrica (energia fotovoltaica) o energia calorífica (energia tèrmica).
Llavors, per què el rendiment d'un panell solar no és del 100%?
Tota l'energia solar que arriba a el panell solar es transforma. Però no es transforma tota en el mateix tipus d'energia. Part de la radiació que rep un mòdul fotovoltaic es converteix en electricitat.
No obstant això, una altra part es converteix en calor, escalfant el panell; o rebota i torna a l'atmosfera.