Первое начало термодинамики – это обобщение закона сохранения энергии с учетом тепловых процессов. Его формулировка: количество теплоты, сообщенное системе, расходуется на выполнение работы против внешних сил и изменение ее внутренней энергии:
. | (9.3) |
Первому началу термодинамики можно дать другую формулировку, если учесть, что , т.е.
. | (9.4) |
На основании (9.4) первое начало термодинамики можно сформулировать следующим образом: невозможно построить двигатель, который совершал бы работу большую, чем количество затраченной теплоты.
Применим первое начало термодинамики к различным изопроцессам.
1. Изохорный процесс. В этом процессе объем остается постоянным, поэтому dA=PdV=0 и
. |
В изохорном процессе теплота, подведенная к системе, полностью расходуется на изменение ее внутренней энергии.
2. Изобарный процесс. Так как объем изменяется, то при подведении теплоты к системе она частично превращается в работу и поэтому первое начало термодинамики имеет вид
. |
Вычислим согласно (9.2) работу, совершаемую системой при изобарном процессе (P=const)
|
|
, | (9.5) |
3. Изотермический процесс. При постоянной температуре изменение внутренней энергии идеального газа не происходит – dU=0, поэтому
. |
В изотермическом процессе вся теплота, подведенная к газу, расходуется на совершение работы.
Поскольку P¹const, то в (9.2) его нельзя выносить за знак интеграла. Выразим давление P через объем V с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона:
. | (9.6) |
Подставим (9.6) в (9.2) и вынесем постоянные за знак интеграла
, |
откуда
. |