Перший закон термодинаміки – фізика

Перший закон термодинаміки – це окремий випадок закону збереження енергії, головного закону природи. Він показує, від яких причин залежить зміна внутрішньої енергії.

Закон збереження енергії. До середини XIX ст. численні досліди довели, що

Важливо
механічна енергія ніколи не пропадає безслідно.

Падає, наприклад, молот на шматок свинцю, і свинець нагрівається. Сили тертя гальмують тіла, які при цьому розігріваються.

На підставі безлічі подібних спостережень і узагальнення дослідних фактів був сформульований закон збереження енергії.

Закон збереження енергії
Енергія в природі не виникає з нічого і не зникає: кількість енергії незмінно, вона тільки переходить з однієї форми в іншу!

Закон збереження енергії управляє всіма явищами природи і пов’язує їх воєдино. Він завжди виконується абсолютно точно, невідомо жодного випадку, коли б цей великий закон не виконувався. Цей закон був відкритий в середині XIX ст. німецьким вченим, лікарем за освітою Р. Майєром (1814-1878), англійським вченим Дж. Джоулем (1818-1889) і отримав найбільш точне формулювання в працях німецького вченого Г. Гельмгольца (1821 -1894).

Як ви розумієте фразу “перехід системи з одного стану в інший”?

Перший закон термодинаміки. Закон збереження і перетворення енергії, поширений на теплові явища, носить назву першого закону термодинаміки. У термодинаміки розглядаються тіла, положення центра ваги яких практично не змінюється, т. Е. Тіла, зміна механічної енергії яких багато менше зміни їх внутрішньої енергії. Механічна енергія таких тіл залишається постійною, змінюватися може лише внутрішня енергія кожного тіла.

Дотепер ми розглядали процеси, в яких внутрішня енергія системи змінювалася або за рахунок здійснення роботи, або за рахунок теплообміну з навколишніми тілами.

У загальному випадку при переході системи з одного стану в інший внутрішня енергія змінюється одночасно як за рахунок здійснення роботи, так і за рахунок передачі теплоти. Перший закон термодинаміки формулюється саме для таких загальних випадків.

Перший закон термодинаміки
Зміна внутрішньої енергії системи при переході її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил і кількості теплоти, переданої системі:

ΔU = А + Q. (13.11)

Систему, яка не обмінюється з зовнішнім середовищем ні енергією, ні речовиною, називають ізольованою.

Якщо система є ізольованою, то робота зовнішніх сил дорівнює нулю (А = 0) і система не обмінюється теплотою з навколишніми тілами (Q = 0).

У цьому випадку згідно з першим законом термодинаміки

ΔU = U2 – U1 = 0,

Або

U1 = U2.

Важливо
Внутрішня енергія ізольованої системи залишається незмінною (зберігається).

Часто замість роботи А зовнішніх тел над системою розглядають роботу А ‘системи над зовнішніми тілами. Враховуючи, що А “= – А, перший закон термодинаміки (13.11) можна записати так:

Q = ΔU + А ‘. (13.12)

Кількість теплоти, переданої системі, йде на зміну її внутрішньої енергії і на здійснення системою роботи над зовнішніми тілами.

Неможливість створення вічного двигуна. З першого закону термодинаміки випливає неможливість створення вічного двигуна першого роду, т. Е. Пристрою, здатного здійснювати необмежену роботу без витрат палива або яких-небудь інших матеріалів. Якщо до системи не надходить тепло (Q = 0), то робота А ‘згідно рівняння (13.12) може бути здійснена тільки за рахунок убутку внутрішньої енергії:

А ‘= – ΔU.

Після того як запас енергії виявиться вичерпаним, двигун перестане працювати.

Робота і кількість теплоти – характеристики процесу зміни внутрішньої енергії. У даному стані система завжди має певній внутрішньою енергією.

Теплоізолююча оболонка
Але не можна говорити, що в системі міститься певна кількість теплоти або роботи. Як робота, так і кількість теплоти є величинами, що характеризують зміна внутрішньої енергії системи в результаті того чи іншого процесу.

Внутрішня енергія системи може змінитися на одне і те ж значення як за рахунок здійснення системою роботи, так і за рахунок передачі навколишніх тіл якої-небудь кількості теплоти. Наприклад, нагрітий газ в циліндрі може зменшити свою енергію остигаючи, без здійснення роботи (рис. 13.7). Але він може втратити точно таку ж кількість енергії, піднімаючи поршень, без віддачі теплоти навколишніх тіл. Для цього стінки циліндра і поршень повинні бути теплонепроніцаемимі (рис. 13.8).

Ключові слова для пошуку інформації по темі параграфа.
Зміна внутрішньої енергії. Перший закон термодинаміки

Питання до параграфу

1. Як формулюється перший закон термодинаміки?

2. У якому випадку зміна внутрішньої енергії негативно?

3. Чому можна говорити, що система має внутрішню енергію, але не можна сказати, що вона володіє запасом певної кількості теплоти або роботи?

4. Чи можна вважати систему ізольованою, якщо її температура залишається постійною?

5. Відомо, що при ізотермічному процесі ідеальний газ здійснив роботу 2000 Дж. Чому дорівнює кількість теплоти, повідомленої системі?


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Перший закон термодинаміки – фізика