Первый закон термодинамики является эмпирическим
, абсолютно точным законом природы. Он имеет много определений, взаимосвязанных между собой:
- Энергия изолированной системы постоянна.
- Различные формы энергии превращаются одна в другую при постоянных эквивалентных соотношениях.
- Невозможно создать «вечный двигатель первого рода», то есть машину, что создает работу без затраты энергии.
- Теплота (Q), полученная из внешней среды, превращается в работу (А), созданную системой, и вызывает приращение внутренней энергии системы.
Вышеприведенное утверждение может быть записано в математической форме
Q = А + (1.2)
Уравнение (1.2) является аналитическим выражением первого начала термодинамики, позволяет рассчитать любое преобразование энергии.
Первый закон термодинамики является следствием закона сохранения энергии, что позволяет характеризовать различные виды энергии эквивалентными величинами. Закон сохранения и превращения энергии сравнивается с философским понятием о бесконечном движении. Формы движения материи изменяются.
В зависимости от характера движения частой:, участвующих в передаче энергии, существуют дни формы ее передачи. Если энергия передается путем хаотичного столкновения частиц, то формой передачи энергии является теплота, если же путем упорядоченного движения частиц под действием внешней силы, то выполняется работа. Теплота и работа характеризуют качественно и количественно две различные формы передачи энергии от одного тела к другому. На подмену от внутренней энергии теплота и работа не являются функциями состояния. Это различные формы передачи энергии. Поэтому теплоту и работу можно отнести лишь к процессу, а не в состояния. Теплоту, подводимую к системе, берут со знаком «плюс», а теплоту, передаваемую от системы в окружающую среду, - со знаком «минус».
Первый закон термодинамики устанавливает соотношение между теплотой Q и работой А при изменении общего запаса энергии системы:
(1.3)
В любом процессе увеличения внутренней энергии определенной системы ?U равна разности теплоты Q, предоставленной этой системе и количества работы А, которую исполнила система. Для любого элементарного процесса уравнение (1.3) имеет вид:
(1.4)
Поскольку Q и A не являются функциями состояния, бесконечно малый их прирост не будет полным дифференциалом. Такой прирост обозначается символом. Не следует считать, что тепловой эффект химической реакции и работа расширения идеального газа при определенных условиях являются функциями состояния. Для обратного процесса выражение (1 3) имеет вид:
и для изолированного процесса есть U = const,
(1.5)
внутренняя энергия постоянна. На основе вышеизложенного можно дать еще одно определение первого закона термодинамики: «Внутренняя энергия системы - это однозначно, конечная и безвозвратная функция состояния системы». Если бы этот вывод был неверен и энергия системы могла бы увеличиваться без взаимодействия с окружающей средой, то можно было бы создать вечный двигатель первого рода.
Все определения первого закона термодинамики отражают незнищенисть и эквивалентности энергии при переходе различных ее видов друг в друга. Определение первого закона термодинамики зависят от того, какая система рассматривается. Теплота, подведенная к закрытой системы, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и выполнения системой работы против внешних сил. В открытых системах помимо обмена энергией с окружающей средой меняется состав системы и ее масса.
В зависимости от того, какие параметры системы будут постоянными, первый закон термодинамики иметь различный вид.
Загрузка...