Формулировки первого закона термодинамики

1. Общий запас энергии в изолированной системе остается постоянным.

2. Разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах.

3. Невозможно построить вечный двигатель первого рода, который бы давал механическую энергию, не затрачивая на это определенное количество молекулярной энергии.

4. Количество теплоты, подводимое к системе, расходуется на изменение U _вн и совершаемую работу.

5. U_вн– функция состояния, т. е. она не зависит от пути процесса, а зависит от начального и конечного состояния системы.

Итак, первый закон термодинами­ки утверждает:

Любое физическое тело име­ет внутреннюю энергию U, которую можно увеличить двумя способами — подводя к телу теплоту Q или про­изводя над ним работу А: D U = Q+A.

Справедливо и обратное утвержде­ние: если система производит работу А мят теряет теплоту Q, то её внутрен­няя энергия уменьшается на величину А или Q. Для закрытой системы это единственно возможные способы из­менения её внутренней энергии.

Внутренняя энергия считается по­ложительной (D U > 0), когда система получает энергию, и отрицательной (D U< 0), когда теряет. То же относит­ся к Q и А: если теплота поступает в систему или работа совершается над системой, то они положительны, ес­ли наоборот — отрицательны.

Внутренняя энергия «хранится» в виде кинетической энер­гии движения атомов, ионов и моле­кул, потенциальной энергии химиче­ских связей, внутриядерных сил и т. д. Таким образом, первый закон термо­динамики является, по существу, зако­ном сохранения энергии примени­тельно к процессам, связанным со взаимными превращениями теплоты и работы.

Внутренняя энергия является свойством системы и зависит только от её состояния (иными словами, это функция состояния системы). Хотя невозможно определить абсо­лютное значение внутренней энер­гии, для термодинамики важно знать её изменение D U в конкретном про­цессе.

Теплота и работа, в отличие от внутренней энергии, не являются свойствами системы, они характери­зуют только процесс передачи энер­гии. Передача теплоты или соверше­ние работы осуществляются при взаимодействии системы с окружаю­щей средой. При этом работа являет­ся количественной мерой передачи упорядоченного движения, а тепло­та — неупорядоченного, хаотического движения молекул. До начала процес­са или после его завершения нельзя говорить о том, что в системе содер­жится теплота или работа.

Особенно наглядно это видно на примере химических процессов. Теп­лота, выделяющаяся в ходе реакции, не содержится в исходных веществах (теплоты, возникающей при горе­нии топлива, в самом топливе нет). Откуда же она берётся? Ответ таков: в процессе химической реакции про­исходит перегруппировка атомов, разрыв одних химических связей и образование других, в результате чего внутренняя энергия системы изменя­ется, и это изменение D U выделяется в окружающую среду в виде теплоты.