Аналитическое выражение первого закона термодинамики

Мерой количества переданной энергии (на микро уровне между ОС и системой) служит теплота, может передаваться либо непосредственным контактом между телами (теплопроводностью, конвекцией), либо на расстоянии (излучением), этот процесс возможен только при наличии разности температур между телами. Элементарное количество теплоты dQ, так же как и dL, не является полным дифференциалом в отличие от дифференциала внутренней энергии dU

Первый закон термодинамики - частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым явлениям.

Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одной формы в другую (убыль энергии одного вида дает эквивалентное количество энергии другого вида).

Пусть некоторому рабочему телу с объемом V и массой m, имеющему температуру Т и давление р, сообщается извне бесконечно малое количество теплоты dQ. В результате подвода теплоты тело нагреет­ся на dТ и увеличится в объеме на dV. Повышение температуры тела => увеличивается кинетическая энергия частиц. Увеличение объема тела приводит к увеличению расстояния между молекулами. Так как между молекулами реального газа существуют силы взаимного притяжения, то это в свою очередь ведет к увеличению потенциальной энергии частиц. В результате внутренняя энергия тела увеличивается на dU. Поскольку рабочее тело окружено средой, которая оказывает на него давление, то при своем расширении оно производит механическую работу dL против сил внешнего давления. Никаких других изменений в системе не происходит, то по закону сохранения энергии

dQ = dU + dL, (2.7)

т.е. теплота, сообщаемая системе, идет на приращение ее внутренней энергии и на совершение внешней работы - математическим выражением первого закона термодинамики.

Частные случаи:

1. dQ = 0 – теплообмен системы с окружающей средой отсутствует, т.е. теплота к системе не подводится и от нее не отводится. Процесс при отсутствии теплообмена называется адиабатным:

dL = – dU. (2.8)

Работа расширения, совершаемая системой в адиабатном процессе, равна уменьшению внутренней энергии данной системы.

2. dL = 0 – при этом объем тела не изменяется. Такой процесс называется изохорным, для него

dQ = dU, (2.9)

т.е. количество теплоты, подведенное к системе при постоянном объеме, равно увеличению внутренней энергии данной системы.

3. dU = 0 – внутренняя энергия системы не изменяется и

dQ = dL, (2.10)

т.е. сообщаемая системе теплота переходит в эквивалентнуюейвнешнюю работу.

Для системы, содержащей 1 кг рабочего тела,

dq = du +dl. (2.11)

Проинтегрировав уравнения (2.7) и (2.11) для некоторого процесса, получим выражение первого закона термодинамики в интегральной форме:

Q = DU + L и q = Dи + l, (2.12)

где DU = U₂ – U₁, Du = u₂ – u₁.

Дата добавления: 2014-01-07