Перший закон термодинаміки

Термодинамічна система, як і будь-яка інша фізична система, має деякий запас енергії, який називають внутрішньою енергією системи. Внутрішня енергія системи є однозначною функцією її стану. Внутрішня енергія термодинамічної системи може бути виражена через фізичні величини (параметри), які визначають її стан: об’єм, тиск, температура і т. д. Для ідеального газу внутрішня енергія, як було доведено, дорівнює.

Перший закон термодинаміки
(2.40)

де N — число молекул газу; к — стала Больцмана; і — кількість ступенів вільності молекул; Т — температура.

Припустимо, що система переходить із стану з енергією U1 до стану з енергією U2 . Зміна внутрішньої енергії може статися, якщо:

  • система отримує ззовні або віддає тілам, що її оточують, деяку енергію ΔE у будь-якій формі;
  • система здійснює роботу ΔA проти зовнішніх сил, що діють на неї (або зовнішні сили здійснюють деяку роботу А).

Домовимось зовнішньою роботою називати ту роботу, яку виконують сили, прикладені системою до тіл, що її оточують. Ця робота може бути як додатною, так і від’ємною.

Наприклад, якщо газ, який знаходиться у циліндрі з поршнем, розширюється, то сила тиску, прикладена газом до зовнішнього тіла — поршня, здійснює додатну роботу. Під час стикування газу сила тиску на поршень здійснює від’ємну роботу. За законом збереження енергії можна записати:

(2.41)

У термодинаміці розглядають такі процеси, за яких система отримує ззовні або віддає в зовнішнє середовище деяку кількість енергії у вигляді теплоти Q, а також здійснює додатну або від’ємну роботу А. Тоді для нескінченно малих величин попереднє співвідношення можна записати у вигляді: dQ = dU + dA (2.42).

Зауважимо, що теплота dQ буде додатною або від’ємною залежно від того, надходить вона до системи (dQ > 0), або віддається нею (dQ < 0).

Співвідношення, що виражають закон збереження енергії в термодинамічних процесах, є математичним формулюванням першого закону термодинаміки. Цей закон стверджує, що в процесі переходу термодинамічної системи з одного стану в інший зміна її внутрішньої енергії дорівнює різниці між кількістю отриманої (відданої) теплоти й роботи, що здійснює система: du = dQ − dA(2.43).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *