Первый закон термодинамики - это закон сохранения энергии, который распространяется на тепловые явления. Начиная изучение первого закона термодинамики, прежде всего необходимо объяснить ученикам, что известные им способы изменения внутренней энергии (теплопередача и работа) эквивалентны.
Это позволит учащимся расширить известный закон сохранения энергии для механических процессов также на тепловые процессы, потому что принцип эквивалентности количества теплоты Q и работы А является частным случаем закона сохранения и превращения энергии. Работа А является мерой изменения механической энергии, количество теплоты Q - степени изменения внутренней энергии.
Принцип эквивалентности утверждает, что в случае взаимных превращений внутренней и механической энергий убывания одной из них равен приросту другой. Часто используют также другую формулировку первого закона термодинамики, в котором получена телом количество теплоты выражается через изменение внутренней энергии и работу, проделанную телом.
1. Учимся решать задачи
1. На сколько изменилась внутренняя энергия некоторого газа совершил работу 50 кДж, получив количество теплоты 85 кДж?
2. Вычислите работу внешних сил над системой, если система отдала количество теплоты 3,2 кДж, а ее внутренняя энергия увеличилась на 2,2 кДж.
3. Для изобарного нагревания газа количеством вещества 800 моль на 500 К ему передали количество теплоты 9,4 МДж. Вычислите работу газа и увеличение его внутренней энергии.
4. В процессе сжатия газа в цилиндре внешняя сила, действующая на поршень, осуществляет работу в 100 Дж. Чему равна изменение внутренней энергии газа, если благодаря теплопроводности цилиндра он отдает в окружающую среду количество теплоты, равной 20 Дж?
2. Контрольные вопросы
1. Следствием какого закона является первый закон термодинамики?
2. Может изменение внутренней энергии системы быть отрицательной?
3. Может внутренняя система остаться неизменной, если она одновременно участвует в теплообмене и осуществляет работу?
4. Вследствие резкого опускания поршня объем газа в цилиндре уменьшается вдвое. Можно утверждать, что давление газа при этом возрастает вдвое?