Первое начало термодинамики

I закон (начало) термодинамики (закон сохранения превращения энергии) – в неизолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии = сумме кол-ва теплоты, переданного системе, и работы внешних сил. ΔU=Q+A, A – работа внешних сил над системой, А^' – работа система над внешними силами. Если термодинамическая система сама совершает работу над внешними телами, то А=-А^' => ΔU=Q-A^' т. е. в неизолированной системе изменение внутренней Е = разности между полученным кол-вом теплоты и работой, которую система совершает над внешними телами (вторая формулировка первого начала термодинамики). А^'=Q-ΔU, т. е. невозможно создать вечный двигатель, потому что любая машина будет совершать работу, только за счет полученной теплоты из вне или за счет убыли своей внутренней Е.

Фазовые превращения.Уравнение теплового баланса.  

Процесс фазового перехода из жидкого состояния в газообразное или из твердого тела в жидкое может происходить только при сообщении веществу некоторого количества теплоты. Обратные фазовые переходы сопровождаются выделением такого же количества теплоты. Количество теплоты, поступающее в систему или выделяющееся из нее, изменяет ее внутреннюю Е. Фазовые переходы идут при постоянных t которые наз t кипения и t плавления. Количество теплоты необходимое для превращения жидкости в пар или выделяемое при конденсации наз теплотой парообразования:Q=Lm, где L=ΔQ/m – удельная теплота парообразования = количеству теплоты необходимому для превращения в пар единицы массы жидкости, находящейся при температуре кипения: [L]=1Дж/1кг. Количество теплоты, необходимое для плавления тела или выделяемое при кристаллизации наз теплотой плавления: Q=mλ, где λ=ΔQ/m – удельная теплота плавления = количеству теплоты необходимому для плавления единицы массы тела находящегося при температуре плавления: [λ]=1ДЖ/1кг. Удельные теплоты парообразования и плавления наз также скрытыми теплотами, поскольку при фазовых переходах температура системы не меняется несмотря на то что теплота к ней подводится. Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива массой m, наз теплотой сгорания топлива Q=qm, где q=ΔQ/m – удельная теплота сгорания топлива, величина показывающая какое количество теплоты ΔQ выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг: [q]=1Дж/1кг. В соответствии с законом сохранения Е для замкнутой системы тел, в которой не происходит никаких превращения энергии, кроме теплообмена, количество теплоты, отдаваемое более нагретыми телами, равно количеству теплоты, получаемому более холодными. Теплообмен пркращается в состоянии термодинамического равновесия, т.е. когда температура всех тел системы становится одинаковой. Уравнение теплового балланса: В замкнутой системе тел алгебраическая сумма количеств теплоты, отданных и полученных всеми телами, участвующими в теплообмене равна нулю: Q1+Q2+...+Q_n=0. В зависимости от условий задачи каждое слагаемое уравнения может быть как положительным, так и отрицательным. Общее правило знаков следующее: количество теплоты, полученное телом, считают положительным, а отданное – отрицательным.

Применение 1-ого начала термодинамики к изопроцессам.

Изохорный процесс (V=const). Если объем газа не меняется, то никакой механической работы ни над газом, ни самим газом не совершается. =>Q=U. Таким образом при изохорном процесе все сообщенное газу количество теплоты расходуется на изменение его внутренней Е. Изобарный процесс (p=const). При изобарном процесе будет иметь место и нагревание (охлаждение) газа, и совершение им (над ним) работы). Согласно первому началу термодинамики Q=U+A, т.е. при изобарном процесе колич теплоты, сообщенное системе расходуется на изменение внутренней E и на совершение системой работы. Изотермический процесс (T=const). Т. к. при неизменной температуре внутренняя энергия газа не изменяется, тоQ=A. Таким образом при изотермич процессе все сообщенное газу количество теплоты расходуется на совершение работы. Отсюда следует, что если ΔQ>0, то А<0, т.е. над газом совершается работа. Это означает, что процесс охлаждения газа должен сопровождаться совершением работы над ним.

Адиабатный процесс.

Термодинамический процесс идущий без обмена теплотой между системой и окружающей средой наз адиабатным. Т. е. Q=0 => ΔU=A, т. е. работа, совершаемая газом = убыли его внутренней энергии. При сжатии газа A>0 ΔU>0, т. е. T – повышается, при расширении газа А^', ΔU=- А^', ΔU<0, T - понижается. Поскольку при адиабатном сжатии температура повышается, то то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом. Повышение температуры при адиабатном расширении приводит к тому что давление газа убыват быстрее, чем при изотермическом расширении.