Первое начало термодинамики

Первое начало термодинамики и закон сохранения энергии

Рассмотрим произвольную термодинамическую систему. Ее энергию можно изменить двумя способами: совершая над системой работу и подводя к ней теплоту. Например, при сжатии газа поршнем в цилиндре совершается работа, за счет которой повышается температура газа и таким образом увеличивается внутренняя энергия газа. Другим способом повысить температуру газа и его внутреннюю энергию можно путем сообщения ему теплоты. Теплотаэто энергия хаотичного движения молекул, форма проявления внутренней энергии тела. Сообщить теплоту можно за счет обмена внутренними энергиями при контакте тела с другим телом, имеющим отличную температуру.

В результате макроскопическая энергия механического движения может превращаться в микроскопическую энергию теплового движения и наоборот. При таких превращениях соблюдается закон сохранения энергии. Именно этот закон и выражает применительно к термодинамическим процессам первое начало термодинамики. Будем считать положительной величиной количество теплоты Q, если оно подводится к системе, а работу А — если система совершает ее против внешних сил. Тогда в соответствии с законом сохранения энергии изменение внутренней энергии системы будет равно AU = Q - А, или

Это и есть первое начало термодинамики: Теплота, сообщаемая системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил. Первое начало термодинамики можно записать и в дифференциальной форме

Из формулы видно, что в системе СИ количество теплоты, работа и энергия измеряются в одинаковых единицах — джоулях (Дж).

Первое начало термодинамики постулирует эквивалентность теплоты и работы. Если рассматривать систему, периодически возвращающуюся в первоначальное состояние, например тепловой двигатель, то изменение ее внутренней энергии в цикле AU = 0. Тогда, согласно первому началу термодинамики, А = Q. Это свидетельствует о невозможности построения вечного двигателя первого рода, работа которого больше, чем сообщенная ему извне энергия. (Это еще одна формулировка первого начала термодинамики.)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >