Redigerer Energiprinsippet (avsnitt)

==Energi, varme og arbeid==
I analysen av systemer som er større enn f. eks. et molekyl, benyttes begreper som varme og arbeid for energi som overføres mellom deler av et system, eller mellom et system og omgivelsen. Det er da viktig å ha klart for seg hvordan man har delt opp systemet, henholdsvis hva man har valgt som "systemet", og hva som utgjør "omgivelsen". Noen ganger velger man slik at "systemet" utveksler substanser med "omgivelsen". Dette kan f. eks. skje dersom "systemet" er de gassene som til enhver tid befinner seg i en viss del av en turbin. Da vil systemet motta substanser fra omgivelsen når gasser strømmer inn i dette området, og systemet vil avgi substanser når gassene strømmer videre ut av området. I slike tilfeller kan man tale om at systemet vinner eller taper energi dersom disse substansene har ulik energi. Men i de fleste tilfeller vil man velge slik at systemet består av de samme materielle substanser hele tiden. Man kan f. eks. tenke på en viss mengde vann og damp som varmes opp i en dampkjele og deretter strømmer inn i en dampmaskin. Da vil metallet i maskinens sylindervegger tilhøre "omgivelsen". "Systemet" vil endre volum og fasong alt etter hvordan dampen forflytter seg gjennom maskinen. Da vil all utveksling av energi mellom systemet og omgivelsen kunne klassifiseres som enten varme eller arbeid. I denne sammenheng er det tradisjon å velge de retningene som er typiske for en motor: Man taler om varmeenergien <math>Q</math> som går fra "omgivelsen" til "systemet", og om arbeidet <math>W</math> som utføres av systemet på omgivelsen. Skulle det være omvendt, f. eks. at systemet avgir varmeenergi til omgivelsen, benyttes negative tall som verdi for <math>Q</math>, og tilsvarende for <math>W</math>.

Arbeid i fysikkens forstand skjer ved at "systemet" forårsaker en kraft som virker på "omgivelsen" samtidig med at grensen mellom systemet og omgivelsen beveger seg. Man tallfester da arbeidet ved å multiplisere bevegelsens veilengde med kraftens størrelse. Dersom kraften virker i samme retning som bevegelsen, blir arbeidet regnet som et positivt tall, ellers som et negativt tall. Vi har da forutsatt at kraftens retning er slik at den tenderer til å skyve omgivelsen bort fra systemet, utvide systemet. Når kraften trekker i motsatt retning, må arbeidet benevnes med motsatt fortegn.

Energiprinsippet tilsier da at systemet vil øke eller minske sitt energiinnhold med et bidrag <math>\delta E</math>:
:<math>\Delta E = Q - W</math> (energiprinsippet)
:<math>dE = \bar{d} Q - \bar{d}W</math> (energiprinsippet på [[Differensialligning|differensialform]])
Her representerer dE en [[infinitesimal]] forandring av systemets energi, framkalt gjennom en infinitesimal mengde av arbeid <math>\bar{d}W</math> og en infinitesimal varmeoverføring <math>\bar{d}Q</math>. Bruken av <math>\bar{d}</math> forklares nedenfor.

Et system som går over fra tilstand 1 til tilstand 2 forandrer sin energi med <math>\Delta E = \Delta (Q - W)</math>. <math>\Delta E</math> (og dermed <math>\Delta (Q - W)</math>) er helt klart bestembare – en fjellklatrer som starter fra bakken og skal opp til toppen øker sin energi uansett hvor han tar seg opp. Men hverken <math>Q</math> eller <math>W</math> er alene fullt bestembare; om en klatrer tar helikoptertransport opp til fjelltoppen, og når den "tradisjonelle" klatreren tar seg opp for hånd, har begge forandret sin energi med <math>\Delta E</math>, men helikopterpassasjeren har utviklet mindre muskelvarme enn den "tradisjonelle" klatreren. Dette viser at mens størrelsen <math>\Delta E</math> kun er avhengig av start- og sluttilstanden, er størrelsene <math>Q</math> eller <math>W</math> avhengig av detaljene i prosessen som leder fra tilstand 1 til tilstand 2. Dette indikeres i differensialformlene ved symbolet <math>\bar{d}</math> i stedet for <math>d</math>.