Теплота і робота в залежності від характеру термодинамічного процесу

Зміна параметрів робочого тіла в термодинамічному процесі може проходити різними шляхами від початкового стану 1 до кінцевого - 2 (рис.7)

При цьому теплота і робота, для кожного конкретного термодинамічного процесу мають відповідні значення. Так наприклад процес 1-2 можна замінити двома процесами 1-4 (ізобарний) і 4-2 (ізохорний) і хоча в обох випадках в результаті проходження цих процесів досягаються одні і ті ж параметри стану, але робота і теплота в цих процесах суттєво відрізняються по величині. На діаграмах це видно при порівнянні площ під кривими термодинамічних процесів.

Перший закон термодинаміки

Розглянемо термодинамічну систему, яка складається з циліндра з газом і поршня. Припустимо, що початкова внутрішня енергія системи U1. Система при взаємодії з навколишнім середовищем одержує, для прикладу, якесь тепло Q і виконує при цьому роботу L. Її внутрішня енергія буде змінюватись до величини U2. Якщо ця система одержує енергію у вигляді тепла Q і витрачає енергію у вигляді L, то одержана енергія системою буде рівна (Q-L) і ця енергія піде на зміну внутрішньої енергії газу (U1-U2) згідно закону збереження енергії. Тому ми отримаємо співвідношення:

Q-L=U1-U2 →Q=ΔU+L , яке є виразом першого закону термодинаміки.

Тепло яке підводиться до РТ (газу) йде на зміну його внутрішньої енергії і виконання роботи.

Слід пам‘ятати:

• знак теплоти Q є „+” коли тепло підводиться до системи і „-„ коли тепло відводиться від системи;

• знак біля L є позитивним, коли робота виконується системою і є негативним, коли робота виконується над системою.

У випадку дуже незначних змінах внутрішньої енергії, роботи і теплоти їх можна позначити dU, dL, dQ. Перший закон термодинаміки у цьому випадку можна записати як:

dQ=dU+dL

Цей вираз виражає перший закон термодинаміки в диференціальній формі.