2015-03-27
542
Первое начало термодинамики – это закон сохранения и превращения энергии в термодинамических процессах.
Изменить внутреннюю энергию системы можно двумя способами: совершая над системой работу (например, сжимая газ в цилиндре с помощью поршня) или сообщая системе теплоту (например, нагревая газ в герметичном сосуде).
Рассмотрим замкнутую, макроскопически неподвижную систему, не находящуюся во внешних силовых полях, и проанализируем с энергетической точки зрения равновесный процесс перехода системы из какого-либо начального состояния 1 в другое состояние 2.
Изменение внутренней энергии системы 
в таком процессе равно разности между количеством теплоты Q, полученным системой, и работой A, совершенной системой против внешних сил:
или 
(2.36)
Первое начало термодинамики: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил.
В дифференциальной форме:
(2.37)
где dU (полный дифференциал) – бесконечно малое изменение внутренней энергии системы, ¶A – элементарная работа, ¶Q – бесконечно малое количество теплоты. ¶A и ¶Q не являются полными дифференциалами.
|
|
|
Дело в том, что внутренняя энергия системы является однозначной функцией состояния системы. Отсюда следует, что при совершении системой произвольного процесса, в результате которого она вновь возвращается в исходное состояние, полное изменение внутренней энергии системы равно нулю 
. Ни работа, ни теплота не являются функциями состояния системы.
Все величины, входящие в уравнение (2.36), могут быть как положительными, так и отрицательными. Если к системе подводится тепло, то ¶Q > 0, если от системы тепло отводится - ¶Q < 0. Если система совершает работу над внешними телами, то ¶A > 0, если же над системой внешние силы совершают работу, то ¶A < 0.
Другая формулировка первого начала термодинамики связана с тем, что если система периодически возвращается в первоначальное состояние и, следовательно, DU = 0, то A = Q, т.е. вечный двигатель первого рода – периодически действующий двигатель, который совершал бы бóльшую работу, чем сообщенная ему извне энергия, - невозможен.
