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Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Beispiel zur inneren Energie

Die Knallgasreaktion

2   H 2 + O 2 2   H 2 O Δ U < 0

kann in einem Reaktionsgefäß oder in einer elektrischen Zelle ablaufen. Die chemische Reaktion im Reaktionsgefäß und die elektrochemische Reaktion in der Zelle können als Kreisprozess formuliert werden. Wasserstoff und Sauerstoff (Zustand 1) reagieren zu Wasser (Zustand 2). Wasser wird dann elektrochemisch zu Wasserstoff und Sauerstoff gespalten (Zustand 1).

Da die innere Energie U eine Zustandsgröße ist, gilt für Kreisprozesse

d U = [ δ Q + δ W ] = δ W + δ Q = 0

und für die Knallgasreaktion

d U = 1 2 [ δ Q + δ W ] e c + 2 1 [ δ Q + δ W ] c = 0 e c = elektrochemisch c = chemisch

Bei der Elektrolyse von Wasser und Galvanolyse von Wasserstoff und Sauerstoff wird neben neben der elektrischen Energie auch ein gewisser Anteil von Wärme zu berücksichtigen sein.

Allgemein gilt bei Reaktionen ohne Zufuhr von Wärme

δ Q = 0

bzw. wenn keine mechanische Arbeit zugeführt wird

δ W = 0

Allgemein erhält man aber für Kreisprozesse

δ W = δ Q

Die Änderung von U beim Übergang von einem Zustand 1 in einen Zustand 2 (thermodynamischer Prozess) ist in jedem Fall unabhängig vom Weg:

Δ U = U 2 U 1 = 1 2 d U = 2 1 d U
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