Закрытая термодинамическая система может обмениваться энергией с внешними телами только двумя качественно различными способами: путем совершения работы и теплообменом. Первый способ осуществляется при силовом взаимодействии между телами. Энергия, передаваемая при этом системе, называется работой, совершенной над системой.
Рис.3.1 | В качестве примера рассмотрим работу, совершающуюся при расширении или сжатии газа, заключенного в сосуд с подвижным поршнем площадью (рис.3.1). При внешнем давлении на поршень действует сила , против которой газ |
совершает элементарную работу при перемещении поршня на малое расстояние
,
где – изменение объема газа.
Если изменение объема газа происходит квазистатически, то в любой момент времени газ находится в равновесии с внешней средой и его давление . Элементарная работа газа в равновесном процессе изменения его объема равна . (2.3.1)
Давление газа всегда положительно (). Поэтому при расширении () газ совершает положительную работу (), а при сжатии () –отрицательную ().
|
|
Энергия, передаваемая системе внешними телами при теплообмене, называется теплотой, полученной системой от внешней среды. Теплообмен может происходить между телами (или частями одного тела), нагретыми до различной температуры. Существует три вида теплообмена: 1) конвективный; 2) теплопроводность и 3) теплообмен излучением. Конвективный теплообмен – обмен энергией между движущимися неравномерно нагретыми частями газов, жидкостей или газами, жидкостями и твердыми телами. Теплопроводность – передача теплоты от одной части неравномерно нагретого тела другой. Теплообмен излучением (радиационный теплообмен) происходит без непосредственного контакта тел, обменивающихся энергией, и заключается в испускании и поглощении телами электромагнитной энергии.
В отличие от внутренней энергии системы, которая является однозначной функцией ее состояния, понятия теплоты и работы имеют смысл только в процессе изменения состояния системы. Они являются энергетическими характеристиками этого процесса. Значения их зависят от вида процесса. Работа и теплота не являются видами энергии системы, нельзя говорить о «запасе работы» или «запасе теплоты» в теле. Поэтому и не являются полными дифференциалами, не являются функциями состояния, а являются функциями процесса.