A termodinamika első alapelve szerint bármilyen átalakulás során megmarad az energia .
Abban az esetben, zárt termodinamikai rendszer , azt állítják, a következők szerint:
„A zárt rendszer bármilyen átalakítása során annak energiájának változása megegyezik a külső környezettel hőátadással (hő) és mechanikus átadással ( munka ) kicserélt energiamennyiséggel . "
Bármely termodinamikai rendszer esetében meghatározhatunk állandó értékig egy U függvényt , amelyet belső energiának hívunk , és amelynek a következő tulajdonságai vannak:
Az U változása egy zárt (rögzített összetételű) rendszer végtelenül kis átalakulása során igazolja:
dEvs.+dEo+dU=δW+δQ{\ displaystyle \ mathrm {d} E _ {\ mathrm {c}} + \ mathrm {d} E _ {\ mathrm {p}} + \ mathrm {d} U = \ delta W + \ delta Q}val vel:
A potenciális és a belső energiákkal ellentétben a munka és a hő nem az állapotfunkciók variációi . Értékeik egy átalakulás során attól függ, hogy az ember hogyan folytatja az átalakítást, és nem csak a kezdeti és a végső állapotoktól.
A fizika első termodinamikai elvének alapvető előrelépése a belső energia bevezetésében áll . Ez az energia a rendszer belső keverését jelenti atom szinten. Mint minden energia, ez is állandóan van meghatározva.
Az anyag mikroszkopikus állapotának elszámolásának nehézsége gyakran lehetetlenné teszi a számítást a gyakorlatban; a termodinamika első elvének egyenletének köszönhetően másrészt kiszámítható annak variációi.
MunkaA munka az energia rendezett átadása a rendszer és a külső környezet között. Az energia átadásának többféle típusa létezik: megemlíthetjük például a nyomáserők munkáját, a szivattyú munkáját, a cellában végzett elektrokémiai reakció során vagy a sugárzás által végzett elektromos munkát ... Ez a kifejezés magában foglal minden alkalmazott munkát. a nem konzervatív erőből fakadó rendszerhez. A konzervatív erők jelen vannak a potenciális energia kifejezésében.
A nyomáserők által kiváltott munka megfelel a klasszikus termodinamikában előforduló leggyakoribb munkaformának, amelyet a következő differenciális formában fejeznek ki
A mínuszjel (-) figyelembe veszi azt a tényt, hogy egy terjeszkedés során a hangerő növekszik (dV> 0), és ebben az esetben a rendszer munkát biztosít a külső környezetben ( a jelek szabálya szerint a rendszer számára negatívan számolva ) .
A mű mikroszkópos értelmezése elvégezhető:
A hőátadás, más néven hő , rendellenes energiaátadás a rendszer és a külső környezet között.
A hő a termikus keverés átadása. A részecskék keverése a sokkok szerint minden irányban, rendezetlenül terjed. Éppen ezért soha nem lehet teljesen átalakítani a hőenergiát munkává, míg ennek fordítottja is lehetséges (pl .: elektromos munka, amelyet Joule-effektussá hővé alakítanak át egy elektromos radiátorban). Azt is mondják, hogy a hőmérséklet emelkedése az energia lebomlását eredményezi.
Ez a hőátadás mindig a legmelegebbtől a leghidegebbig zajlik. Akinek a részecskéi statisztikailag a legizgalmasabbak, annak hő-keverését többé-kevésbé energetikai sokkok szerint továbbítja, a külső környezetbe vagy a rendszerbe, statisztikailag a legkevésbé, vagyis a leghidegebben. Ezt az intuitív megfigyelést a termodinamika második elve formalizálja .
Az átalakuláson áteső rendszer energiájának változása a következő összefüggés szerint fejezhető ki:
Olyan rendszer esetén, amely anyagot vagy hőt cserél a külsővel, amelyet nyílt rendszernek neveznek , a termodinamika első alapelve átírható olyan formában, amely figyelembe veszi ezeket a cseréket. Ezután a rendszerünket három külön részre osztjuk:
Végezzük el a víz termodinamikai egyensúlyát egy fürdőkádban. A kontroll térfogat meghatározható a fürdőkádban jelen lévő vízként, a belépő térfogat a csapon keresztül egy pillanat alatt dt-ben hozzáadott víz, a kilépő térfogat pedig a belőle kifolyó víz. kád szivárgás nélkül) a lefolyón keresztül ugyanabban a pillanatban dt.
Az első termodinamikai elv egy nyitott rendszerben meg van írva:
(E(t+dt)+dms⋅es(t+dt))-(E(t)+dme⋅ee(t))=W+Q{\ displaystyle {\ Bigl (} E (t + \ mathrm {d} t) + \ mathrm {d} m _ {\ rm {s}} \ cdot e _ {\ rm {s}} (t + \ mathrm {d} t) {\ Bigr)} - {\ Bigl (} E (t) + \ mathrm {d} m _ {\ rm {e}} \ cdot e _ {\ rm {e}} (t) { \ Bigr)} = W + Q} vagy:A jelek relevanciája gyorsan ellenőrizhető: ha a rendszer energiát veszít, akkor a nagysága negatív lesz (az energia átvitele a külső környezetbe). Ez azt jelenti, hogy abban az esetben, ha a szabályozási térfogat energiája nem változik (eset ), a bemeneti térfogatban a t időpontban jelen lévő energia nagyobb volt, mint a kimeneti térfogatban t + dt mellett, vagy .
Gázok és folyadékok esetében célszerű lebontani :
A termodinamika első alapelve az entalpia bemutatásával írható le:
(E(t+dt)-E(t))+(dms(ems(t+dt)+hs(t+dt))-dme(eme(t)+he(t)))=Wu+Q{\ displaystyle {\ biggl (} E (t + \ mathrm {d} t) -E (t) {\ biggr)} + {\ biggl (} \ mathrm {d} m _ {\ rm {s} } {\ Bigl (} e _ {\ rm {ms}} (t + \ mathrm {d} t) + h _ {\ rm {s}} (t + \ mathrm {d} t) {\ Bigl)} - \ mathrm {d} m_ {\ rm {e}} {\ Bigl (} e _ {\ rm {me}} (t) + h _ {\ rm {e}} (t) {\ Bigl)} { \ biggl)} = W _ {\ rm {u}} + Q}val vel:
Állandó állapotban sem az anyag ( ), sem az energia nem halmozódik fel a figyelembe vett rendszerben ( ). Az első elv tehát a következő:
(ems(t+dt)-eme(t))+(hs(t+dt)-he(t))=q+wu{\ displaystyle {\ Bigl (} e _ {\ rm {ms}} (t + \ mathrm {d} t) -e _ {\ rm {me}} (t) {\ Bigl)} + {\ Bigl ( } h_ {\ rm {s}} (t + \ mathrm {d} t) -h _ {\ rm {e}} (t) {\ Bigl)} = q + w _ {\ rm {u}}} Ha a folyadék összenyomhatatlan lenne, akkor a fenti egyenlet a térfogatmennyiségekkel is igaz marad. Bernoulli tételeBernoulli törvényét a termodinamika első elvével lehet bemutatni. A folyadékra vonatkozó feltételezések a következők:
Ha egy áramcsövet elég vékonyra veszünk, hogy a nyomások, valamint a be- és kilépési sebesség állandó legyen a cső szakaszain, akkor az első elv térfogatban alakulhat ki, Bernoulli tételének nevét véve:
12(vs2-ve2)+Δoρ+gΔz=0{\ displaystyle {\ frac {1} {2}} (v _ {\ rm {s}} ^ {2} -v _ {\ rm {e}} ^ {2}) + {\ frac {\ Delta p } {\ rho}} + g \; \ Delta z = 0} vagy:A gyakorlatban sok termodinamikai reakciót egy nyugalmi rendszert figyelembe véve hajtanak végre (nincs változás a kinetikus energiában vagy a potenciális energiában). csak a rendszer belső energiája változik.
Ebben az esetben lehetséges, hogy bevezesse a állami funkció entalpia : . Egy izobár transzformáció esetén az első elv kifejezése a következővé válik:
ΔH=Q+Wnál nélutres{\ displaystyle \ Delta H = Q + W _ {\ rm {egyebek}}}ahol megfelel a munkáját erők más , mint a nyomás (például a munka az elektromos erők).
Sok termodinamikai reakcióban csak a nyomóerők munkája vesz részt. Ezután a kifejezés leegyszerűsödik:
ΔH=Q{\ displaystyle \ Delta H = Q}
Az első elv ezen egyszerű kifejezése különösen alkalmas az állandó nyomáson lejátszódó termodinamikai átalakulások, különösen az anyag állapotának változása , valamint az endoterm és az exoterm kémiai reakciók leírására .
Ennek az elméletnek mint fizikai elvnek a státusa azt jelenti, hogy a gyakorlat mindig ellenőrizte, de formálisan soha nem mutatta be elméleti módon. Ezt ugyancsak vitatható adni a későbbi bemutató 1915 Emmy Noether ő névadó tétel , amely kifejezi az ekvivalencia jogszabályok közötti védelmi és invarianciájának a fizikai törvények. De ez a történelmi helyzet vitákat vált ki azokról az "alternatív kutatókról", akik az első rendű örökmozgás és a "szabad" energia gyakorlati létezésének megkísérlésével próbálják bizonyítani, hogy az első elv téves , néha "szuperszámosnak" is nevezik . "vagy akár" superunitary ". Ezen kutatók közül megemlíthetjük Léon-Raoul Hatemet, Fabrice André-t vagy Michel J. Bradyt.
Műszaki vívmányaik általában olyan motorokat tartalmaznak, amelyek mozgásukat az állandó mágneseknek köszönhetően továbbítják egy tengelyre vagy egy elektromos generátor-sorozatra, amelynek állítólag "meg kell szaporítania az energiát". A mágnesek valójában úgy működnek, mint az egyszerű, érintés nélküli fogaskerekek, amelyek illúziót keltenek a mozgás súrlódás nélküli, tehát kiterjesztve mechanikus nyomatékátvitel nélkül . Ha figyelmen kívül hagyjuk a mechanikus nyomatékátvitelt, akkor azt gondolhatjuk, hogy elegendő a generátorok több fokozatát egyetlen motorhoz csatlakoztatni, hogy a bemeneti energiát "ingyen" megszorozzuk. Az energia megsokszorozásához azonban a mechanikai teljesítmény meghatározásához való ragaszkodás szükséges:
Az első hipotézist kísérletileg nem igazoljuk, mivel az erőátvitel szinkron, és a hajtómű motorja és a generátorok között nem jön létre sebesség. A második hipotézis sérti a dinamika alapelvét (a cselekvések és a reakciók ekvivalenciája): a motor nem képes nagyobb mechanikus nyomatékot biztosítani, mint a generátorok rezisztív nyomatékainak összege, és ezért nem jön létre nyomaték sem.
Léon-Raoul Hatem 2001-ben és 2006-ban két szabadalmi bejelentést nyújtott be egy "további kinetikus energiát termelő félmágneses motorszerelvényhez", az elsőt 2013-ban végleg elutasították, a másodikat 2012-ben elveszítették. Az általa végzett demonstrációk 2200 W motor, amely 4 darab 2200 W névleges generátort generál. Feltételezve, hogy a teljes kimenőteljesítmény 8800 W, valójában azt feltételezi, hogy a motor és a generátorok tényleges teljesítménye, amíg működnek, mindig megegyezik névleges teljesítményükkel (amelyet nem ellenőriz), vagy a szinkron által előállított energiával. vagy aszinkron gép valójában a kimeneten alkalmazott elektromos vagy mechanikai terheléstől függ. Elméletileg a generátorokhoz kapcsolt elektromos terhelés ellenenergiájú erőt generál a generátor tekercsében, ami a generátor tengelyére kifejtett rezisztív nyomatékot eredményez, és a motor egyszerűen a generátorok összegével megegyező fordított nyomatékot biztosít. - az összes generátor ellenálló párjai ( a dinamika alapelve ). Tekintettel arra, hogy a Hatem nem végez teljesítményméréseket (wattmérőkkel) a generátorok kimenetén, és hogy demonstrációi során csak alacsony elektromos töltéseket (halogén projektorokat) alkalmaz rá, lehetetlen igazolni hipotézisét, és az általa levont következtetéseket a termodinamikai elmélet állapota meghaladja a kísérleti keretet és az általa nyújtott bizonyításokat.
Jean-Pierre Petit , mérnök, a CNRS korábbi kutatási igazgatója 2014-ben bírálta a Hatem rendszer eredményeit, amelyet Fabrice André használt a Col de Sarenne menedékhelyen, különösképpen a fizikai értelmezési hibákat (a feszültség és az elektromos energia összetévesztése) kritizálva. ), és felajánlotta neki egy tudományos csapat által elvégzett ellenőrzést wattmérőkkel, amelyet André nem követett. 2011-ben a France 3 Alpes 12/13 jelentése Fabrice André-nak szentel egy jelentést, amelyben „17 szabadalom” jogosultjaként mutatják be, de neve nem szerepel az INPI szabadalmi adatbázisban. A baleseti Sarenne-hágó menedékházat egy véletlenszerű tűzvész megsemmisítette2016. december.
2006 és 2010 között Michel J. Brady 61 állandó mágnesen alapuló, 100–300 kW teljesítményű „Perendev” (Perpetual ENergy DEVice) motort adott el német vásárlóknak, valószínűleg Németországban is. A megrendeléseket soha nem teljesítették, ezért leállították2010. április 14 Svájcban elkövetett sikkasztás miatt, és kiadatták Németországnak, ahol börtönbüntetést töltött le 2014. október. Az egyetlen bizonyíték arra, hogy rendszere működik, egy rossz minőségű YouTube-videó, amelyet közzétettek2003. február. Ez egy olyan eszköz, ahol az állórész és a rotor is állandó mágnesekből állnak, ellentétes pólusúak. Egy ilyen eszköz megsérti Lenz-Faraday törvényét, mivel a mágnesek mágneses tere állandó, ezért fluxusa állandó, de a mágneses fluxus variációja szükséges egy elektromotoros erő, tehát mechanikai munka létrehozásához . Minden indukciós motorban ezt a variációt kényszerítik az elektromágnesekben (tekercsekben) lévő áram irányának megváltoztatása . A mágneses fluxus változásának hiányában az alkalmazott erők statikusak, és nem jön létre munka. Elméletileg tehát az állandó mágneses motor nem képes munkát produkálni, és ha megfordul, csak saját tehetetlensége mozgatja (nulla kezdeti sebességnél) és addig, amíg a súrlódás le nem állítja, mint egyes bemutatókon. Brady eredeti videójában a mágneses fluxus változását az állórész fokozatos bezárása okozhatja, ami nem nyomja el a külső energia bevitelét, ezért nem mond ellent az elméletnek.
Léon-Raoul Hatem, Fabrice André és Michel J. Brady prototípusait független tudósok soha nem értékelték, ellenőrizték és validálták, annak ellenére, hogy a médiában - köztük a nyilvános televíziós csatornákon is - megjelentek. Kísérleti elrendezésüket nem kísérik semmilyen elméleti magyarázat vagy fizikai modellezés, amely valószínűleg megmagyarázná működésüket vagy bizonyítaná fizikai érvényességüket. Az általuk nyújtott videók mindig rövid ideig mutatják generátorukat üresjáratban vagy nagyon kis terheléssel, miközben az általuk hirdetett kimeneti teljesítmények sokkal nagyobbak, mint a demonstrációk során alkalmazott elektromechanikus terhelések. Ezek a feltalálók soha nem tettek közzé eredményeket, tanulmányokat vagy elemzéseket, amelyek lehetővé tennék eszközeik valós teljesítményének számszerűsítését (sebesség, bemeneti és kimeneti teljesítmény kísérleti mérése). Viszont viszonylagos médiavisszhangjuk, valamint filantróp ígéreteik és ambícióik, valamint az iparosok munkájuk iránti érdektelensége számos összeesküvés-elmélet forrása a blogokban és alternatív fórumokon, amelyek e "technológiák nem kereskedelmi forgalomba hozatalát tulajdonítják. »A funkcionális és megfelelően értékelt prototípus hiányától eltérő okok miatt (például: olaj- és / vagy nukleáris lobbik összeesküvése).