Внутрішня енергія системи. Нульовий закон термодинаміки. Перший закон термодинаміки

Вн́утрішня ене́ргія системи кр (позначається як E або U) — повна енергія термодинамічної системи за винятком її кінетичної енергії як цілого і потенціальної енергії тіла в полі зовнішніх сил. Внутрішня енергія складається з кінетичної енергії хаотичного руху молекул, потенціальної енергії взаємодії між ними і внутрішньомолекулярної енергії.

Внутрішня енергія є однозначною функцією рівноважного стану системи. Це означає, що кожний раз, коли система опиняється в даному рівноважному стані, її внутрішня енергія приймає властиве цьому стану значення, незалежно від передісторії системи. Отже, зміна внутрішньої енергії при переході з одного стану в інший буде завжди дорівнювати різниці значень в цих станах, незалежно від шляху, по якому здійснювався перехід. Внутрішню енергію тіла не можна виміряти напряму. Можна визначити тільки зміну внутрішньої енергії: , де — кількість теплоти, передана термодинамічній системі, — робота, виконана над термодинамічною системою або: ,де , робота виконана термодинамічною системою.

Нульовий закон говорить:
якщо система знаходиться в стані термодинамічної рівноваги, то температура у всіх її частинах однакова.
Наочною ілюстрацією цього є охолодження теплого молока в холодильнику. Відразу після того, як ми ставимо пакет з молоком в холодильник, термодинамічна рівновага порушується, оскільки нульовий закон не виконується. Але поступово відбувається ізобарно-ізохорний охолодження пакету і він приймає температуру, підтримувану всередині холодильника. Система повертається в стан рівноваги.
Перший закон - це одна з численних формулювань закону збереження енергії, він безпосередньо описує перетворення одних видів енергії в інші при протіканні фізико-хімічних процесів. Детальніше про нього - в чолі «Теплові ефекти реакцій». Існує декілька еквівалентних формулювань першого початку термодинаміки. Кількість теплоти, отримане системою, йде на зміну її внутрішньої енергії і здійснення роботи проти зовнішніх сил. Зміна внутрішньої енергії системи при переході її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил і кількості теплоти, переданого системі і не залежить від способу, яким здійснюється цей перехід. Зміна повної енергії системи в квазістатичному процесі дорівнює кількості теплоти Q, повідомленою системі, в сумі зі зміною енергії, пов'язаної з кількістю речовини N при хімічному потенціалі μ, і роботи A ', досконалої над системою зовнішніми силами та крисами, за вирахуванням роботи A, досконалої самою системою проти зовнішніх сілΔU = Q - A + μΔN + A '.

Дата добавления: 2015-05-23