Первое начало термодинамики. Тела и системы могут обмениваться энергией друг с другом

Тела и системы могут обмениваться энергией друг с другом. Существует два вида обмена энергией. Это может быть работа, произведенная одним телом (системой) над другим телом (сис­темой). Примером мо­жет служить перемещение тела или его частей под действием упругих, электрических или других сил.

Другой способ обмена энергией – путем передачи энергии неупорядоченного, хаотического движения молекул. Тогда гово­рят о передаче тепла. Например, передача энергии от нагретого тела к холодному происходит за счет передачи кинетической энергии хаотически движущихся молекул одного тела хаотичес­кому движению молекул другого тела. В обоих этих случаях изменяется внутренняя энергия U.

Сказанное выше можно записать как: Δ U = Q + А’, где Q – энергия,

поступающая в систему при теплообмене, а А’ – работа, совершаемая внешними

телами над системой. Исторически принято это соотношение записывать как:

Q = ΔU + А (18),

где А = – А’ –работа, совершаемая самой системой.

(18), представляющее собой закон сохранения энер­гии, получило название первого начала термодинамики: «Подведенное к телу количе­ство теплоты идет на увеличение внутренней энергии тела и на работу, которую тело производит».

Очень важно отметить различие между величинами U с одной стороны, и А и Q – с другой. Внутренняя энергия U – это функция состояния системы. Если в состоянии 1 внутренняя энергия равна U₁, то что бы ни происходило с системой, какую бы работу она ни соверша­ла, какие бы количества теплоты к ней ни подводились, если систе­ма вернулась в то же состояние 1 (т. е. процесс оказался круговым, совершен цикл), ее внутренняя энергия будет снова U₁ (Δ U =0).

В то же время Q и А – это только передаваемые телу или получаемые от тела порции энергии. Они связаны с передачей энергии, а не с каким-то запасом их в теле. Бессмысленно гово­рить о запасе работы в теле. И так же бессмысленно говорить о запасе теплоты в теле. Работа и теплота не являются функция­ми состояния тела.

Переходя к бесконечно малым порциям энергии, запишем первое начало в дифференциальной форме: δQ = dU + δA. (19).

Здесь специально даны разные обозначения бесконечно малых («d...» и «δ …»), чтобы отразить то обстоятельство, что U – функ­ция состояния, a Q и А – нет.