Перший закон термодинаміки

Перший закон термодинаміки – це закон збереження енергії для систем, у яких істотну роль відіграють теплові процеси. Чітке формулювання першого закону термодинаміки виявилося можливим завдяки енергетичній еквівалентності теплоти і роботи, що було доведено Ю.Р. Майєром у 1842 р. і Дж. Джоулем у 1843 р.

Якщо термодинамічній системі надати ззовні деяку кількість теплоти і виконати над цією системою роботу зовнішніми силами, то внутрішня енергія цієї системи зміниться на величину :

(2.11)

Робота зовнішніх сил над системою дорівнює за величиною і протилежна за знаком роботі , виконаній системою проти зовнішніх сил: . 3 урахуванням цього рівнянню (2.11) можна надати вигляду:

(2.12)

Для нескінченно малої зміни стану системи маємо:

(2.13)

Це і є математичний запис першого закону термодинаміки, який можна сформулювати в такий спосіб:

„Теплота, що надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил”.

У випадку колових процесів, коли система проходить ряд змін і поверта-ється у вихідний стан, і , тобто перший закон тер-модинаміки стверджує:

„Якщо система виконує цикловий процес, то повна кількість теплоти, надана системі в цьому процесі, дорівнює виконаній нею роботі”. Приблизно так було сформульовано перший законтермодинаміки у 1847 р. Г. Гельмгольцем.

На підставі рівняння (2.13) знаходимо: якщо у випадку колових процесів ,то і . Звідси випливає таке формулювання першого закону термодинаміки:

„Неможливий процес, єдиним результатом якого було би виконання роботи без яких-небудь змін в інших тілах”, чи „Неможливий вічний двигун (перпетуум-мобіле) першого роду”.

Уся ця різноманітність формулювань першого закону термодинаміки виражає єдину його суть – закон збереження енергії системи у випадку теплових процесів.

Для однорідних тіл, здатних виконати роботу тільки у разі зміни об’єму, рівняння (2.13) можна записати у вигляді:

(2.14)

а з урахуванням рівняння (2.10), одержуємо:

(2.15)