Перший закон термодинаміки

Зміна внутрішньої енергії може відбуватися за рахунок двох різних процесів: здійснення над тілом роботи і передачі йому теплоти .

Роботу, виконану даним тілом над зовнішніми тілами, будемо позначати буквою , а роботу, виконану зовнішніми тілами над даним тілом, . Очевидно, що для одного і того самого процесу (це випливає з третього закону Ньютона). Кількість теплоти, що передана даному тілу зовнішнім середовищем, будемо позначати , а кількість теплоти, передана даним. тілом зовнішньому середовищу . Для одного і того самого процесу . Варто пам'ятати, що , , і – алгебраїчні величини: вони можуть бути як позитивними, так і негативними. Якщо, наприклад, теплота передається даним тілом зовнішньому середовищу, то кількість теплоти, отримана тілом, буде від’ємною ( ).

Фізична природа теплопередачі полягає в тому, що окремі молекули більш нагрітого тіла виконують позитивну роботу над окремими молекулами менш нагрітого тіла. Крім того, відбувається обмін енергією між окремими молекулами через випромінювання. Сукупність зазначених мікроскопічних процесів і обумовлює передачу енергії від тіла до тіла у виді теплоти. Макроскопічна робота тілами при цьому не виконується.

Теплота визначає кількість енергії, що передана від одного тіла іншому за допомогою теплопередачі. Звідси випливає, що кількість теплоти повинна вимірюватися в тих же одиницях (джоулях), що і енергія або робота [2].

При здійсненні одним тілом роботи над іншим, так само як і при передачі одним тілом іншому теплоти , ці тіла обмінюються внутрішньою енергією – енергія одного з тіл збільшується, а енергія іншого на стільки ж зменшується. Це випливає з закону збереження енергії. У термодинаміці цей закон називають першим законом і записувати в такий спосіб:

(21.1)

Тут і - початкове і кінцеве значення внутрішньої енергії тіла (чи системи тіл), – робота, виконана тілом (чи системою), і – кількість наданої тілу (системі) теплоти.

Словами перший закон термодинаміки формулюється таким чином: кількість теплоти, надана системі, йде на збільшення внутрішньої енергії системи і на виконання системою роботи над зовнішніми тілами.

Підкреслимо, що мова йде не про "безлику" зміну внутрішньої енергії (під якою можна мати на увазі як , так і ), а саме про приріст, тобто різницю кінцевого і початкового значень внутрішньої енергії.

Перший закон термодинаміки формулюється також у такий спосіб: неможливий «перпетуум мобіле» (вічний двигун) першого роду, тобто такий періодично діючий двигун, що робив би роботу в більшій кількості, чим одержувана їм ззовні енергія.

При обчисленні роботи і теплоти розглянутий процес розбивають на ряд елементарних процесів, що відповідають дуже малій (бажано, нескінченно малій) зміні параметрів системи. Рівняння закону для елементарного процесу має вигляд

, (21.2)

де - елементарна кількість теплоти, - елементарна робота і – приріст внутрішньої енергії системи в ході даного елементарного процесу.

У той час як (повний диференціал) є приростом внутрішньої енергії і при переході системи з одного стану в інший не залежить від способу, за яким відбувався перехід і можна говорити про запас внутрішньої енергії, яким володіє система в різних станах, і не є приростами величин і . Виконана тілом робота залежить від способу, за яким відбувався перехід з одного стану в інший. Те ж саме відноситься і до кількості теплоти. Отже, ні , ні не є функціями стану – не можна говорити про запас роботи чи теплоти, яким володіє тіло в різних станах.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
В-21 Дослідження адіабатичного процесу: визначення показника адіабати та кількості ступенів вільності	\|	Внутрішня енергія і теплоємність ідеального газу

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.