Термодинамика - это раздел физики, в котором из наиболее общих позиций (без рассмотрения молекулярных представлений о строении вещества) рассматриваются процессы обмена энергии между объектом, который изучается и окружающей средой.
В природе существует закон сохранения и превращения энергии.
Во всех процессах, которые проходят в природе, энергия не исчезает бесследно и не создается из ничего, а переходит от одного тела к другому и превращается из одного вида в другой в эквивалентных количествах.
Все формы энергии: кинетическая, потенциальная, внутренняя, электромагнитная, химическая, внутриатомной т.д. способны превращаться друг в друга. И именно возможность взаимного превращения всех форм энергии приводит богатство и разнообразие явлений природы.
Закон сохранения и превращения энергии открыт в середине XIX в. немецким ученым-врачом Р. Майером (1814-1878) и английским ученым Д. Джоулем (1818-1889). Полно закон был сформулирован в трудах немецкого ученого Г. Гельмгольца (1821-1894).
Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, называется первым началом (законом) термодинамики.
О-ве начало термодинамики
Любая изолированная система стремится к состоянию теплового равновесия. Изолированная система не может сама выйти из состояния равновесия.
1-е начало термодинамики
(Существуют два равноправных формулировка первого начала термодинамики).
Изменение внутренней энергии системы в случае перехода ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданной системе:
ΔU = ΔA + ΔQ
Количество теплоты, переданной системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на выполнение системой работы над внешними телами:
ΔQ = ΔU + ΔA '
Существует принципиально иную формулировку первого закона термодинамики:
Невозможен вечный двигатель (perpetum mobile) первого рода.
Вечный двигатель первого рода - воображаемый двигатель, раз запущен в действие, выполнял бы работу как угодно долго без поступления энергии извне.
Вечный двигатель второго рода - воображаемый тепловой двигатель, который непосредственно работал бы, превращая всю взятую по окружающей среде теплоту в работу.
Первое начало термодинамики не запрещает существование и работу вечного двигателя второго рода.
Запись первого начала термодинамики при изохорным процессе.
Поскольку при изохорным процессе V = const, то ΔV = 0 и ΔА = 0, поэтому
ΔU = ΔQ
Запись первого начала термодинамики при изобарном процессе.
ΔU = ΔA + ΔQ; ΔQ = ΔU + ΔA '
Запись первого начала термодинамики при изотермическом процессе.
Поскольку при изотермическом процессе Т = const, то ΔТ = 0 и ΔU = 0, поэтому
ΔQ = ΔA '; ΔQ =-ΔA
Запись первого начала термодинамики при адиабатическом процессе.
Адиабатическим называют процесс сжатия или расширения газа без теплообмена с внешней средой: ΔQ = 0, поэтому
ΔU = ΔA; ΔU =-ΔA '.