Первый закон (начало) термодинамики

Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии в тепловых процессах.

, . (2.41) Согласно первому закону термодинамики количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на работу, совершаемую системой над внешними телами. Формула (2.41) записана как для элементарных процессов, так и для процесса, при котором происходит конечное изменение параметров системы.

Отметим различие между внутренней энергией системы, с одной стороны, и работой и количеством теплоты, с другой стороны. При переходе системы из одного состояния в другое она обменивается с внешними телами энергией, при этом совершается работа и передается количество теплоты. Это приводит к изменению внутренней энергии системы. В конечном состоянии внутренняя энергия принимает вполне определенное значение, а работа и теплообмен прекращаются.

Следовательно, состояние системы нельзя охарактеризовать определенными значениями работы и количеством теплоты – эти величины зависят от процесса перехода и характеризуют только сам этот процесс перехода. Так, например, нельзя сказать, что в данном состоянии количество теплоты равно 10 Дж, а работа составляет 5 Дж.

Чтобы наглядно показать различие между внутренней энергией и количеством теплоты и работой, их малые изменения для элементарных процессов записывают, как и , а для внутренней энергии как .

Различие между этими величинами наглядно проявляется в зависимости значений работы и количества теплоты от способа перехода из одного состояния в другое (рис. 2.8)

. (2.42)

Из формулы (2.42) следует, что переход различными путями из состояния 1 в состояние 2 приводит к изменению работы системы и количества теплоты, получаемой или отдаваемой системой при таком переходе, а изменение внутренней энергии при этом остается неизменным.

Зависимость количества теплоты от вида происходящего процесса приводит к аналогичной зависимости и теплоемкости системы. Поэтому вводят различные теплоемкости, описывающие протекание процессов при постоянном объеме (), давлении (), температуре () и т.д.

Для кругового процесса первый закон термодинамики запишется таким образом:

. (2.43)

Формула (2.43) позволяет сформулировать первый закон термодинамики в следующем виде: невозможен вечный двигатель первого рода, т.е. такое периодически действующее устройство, которое совершало бы работу большую, чем подводимая извне энергия.

Формула (2.43) устанавливает эквивалентность двух форм передачи энергии - работы и теплоты. Они эквивалентны, т.к. представляют собой две формы передачи одной и той же физической величины - энергии, а также при совершении кругового и изотермического процессов работа и количество теплоты совпадают, приводят к одинаковым результатам.

Дата добавления: 2013-12-13