1. Общий запас энергии в изолированной системе остается постоянным.
2. Разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах.
3. Невозможно построить вечный двигатель первого рода, который бы давал механическую энергию, не затрачивая на это определенное количество молекулярной энергии.
4. Количество теплоты, подводимое к системе, расходуется на изменение U вн и совершаемую работу.
5. Uвн– функция состояния, т. е. она не зависит от пути процесса, а зависит от начального и конечного состояния системы.
Итак, первый закон термодинамики утверждает:
Любое физическое тело имеет внутреннюю энергию U, которую можно увеличить двумя способами — подводя к телу теплоту Q или производя над ним работу А: D U = Q+A.
Справедливо и обратное утверждение: если система производит работу А мят теряет теплоту Q, то её внутренняя энергия уменьшается на величину А или Q. Для закрытой системы это единственно возможные способы изменения её внутренней энергии.
Внутренняя энергия считается положительной (D U > 0), когда система получает энергию, и отрицательной (D U< 0), когда теряет. То же относится к Q и А: если теплота поступает в систему или работа совершается над системой, то они положительны, если наоборот — отрицательны.
|
|
Внутренняя энергия «хранится» в виде кинетической энергии движения атомов, ионов и молекул, потенциальной энергии химических связей, внутриядерных сил и т. д. Таким образом, первый закон термодинамики является, по существу, законом сохранения энергии применительно к процессам, связанным со взаимными превращениями теплоты и работы.
Внутренняя энергия является свойством системы и зависит только от её состояния (иными словами, это функция состояния системы). Хотя невозможно определить абсолютное значение внутренней энергии, для термодинамики важно знать её изменение D U в конкретном процессе.
Теплота и работа, в отличие от внутренней энергии, не являются свойствами системы, они характеризуют только процесс передачи энергии. Передача теплоты или совершение работы осуществляются при взаимодействии системы с окружающей средой. При этом работа является количественной мерой передачи упорядоченного движения, а теплота — неупорядоченного, хаотического движения молекул. До начала процесса или после его завершения нельзя говорить о том, что в системе содержится теплота или работа.
Особенно наглядно это видно на примере химических процессов. Теплота, выделяющаяся в ходе реакции, не содержится в исходных веществах (теплоты, возникающей при горении топлива, в самом топливе нет). Откуда же она берётся? Ответ таков: в процессе химической реакции происходит перегруппировка атомов, разрыв одних химических связей и образование других, в результате чего внутренняя энергия системы изменяется, и это изменение D U выделяется в окружающую среду в виде теплоты.