3.2.Первое начало термодинамики:

Внутренняя энергия идеального газа может изменяться либо в результате совершения над системой работы, либо сообщением ей теплоты. Иными словами, имеются две формы передачи энергии от одних тел к другим: работа и теплота. Энергия механического движения может превращаться в энергию теплового движения, и наоборот. При этих превращениях соблюдается закон сохранения энергии: теплота Q, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии DU и на совершение ею работы А против внешних сила (первое начало термодинамики)

Q = DU + A, (3а)

где DU - изменение внутренней энергии системы, Q - количество полученной системой теплоты (считается, что Q > 0, если теплота подводится к системе, и Q < 0, если система отдает теплоту), А - работа системы над внешней средой (считается, что A>0, если система совершает ее против внешних сил и A<0, если над системой внешними силами совершается работа). В СИ количество теплоты Q выражается в джоулях [Дж].

При передаче бесконечно малого количества теплоты закон сохранения энергии (первое начало термодинамики) имеет вид dQ = dU + dA, (3b)

где dU - бесконечно малое изменение внутренней энергии системы (полный дифференциал), dA - элементарная работа, dQ - бесконечно малое количество теплоты.

Первое начало термодинамики формулируют еще и так: нельзя построить периодически действующий двигатель, который совершал бы работу большую, чем та энергия, которая подводится к двигателю извне (такой двигатель называется вечным двигателем первого рода, и невозможность создания вечного двигателя первого рода является одной из формулировок первого начала термодинамики ).

3.3.Работа газа при изменении его объема

Если газ, расширяясь, двигает поршень на расстояние dl, то он совершает над поршнем работу

dA = Fdl = pSdl = pdV, (2)

где S - площадь поршня, dV = Sdl - изменение объема системы (рис.1).

Полная работа, совершаемая газом при изменении его объема от V₁ до V₂, равна A = , (2a)

и результат интегрирования определяется зависимостью p(V). Произведенную работу можно изобразить графически в координатах p-V (рис.2): элементарная работа dA определяется заштрихованной полосой на рисунке, а полная работа - площадью, ограниченной кривой p(V) и прямыми V₁ и V₂.

Для графического изображения термодинамических процессов можно использовать также диагрaммы p-T и V-T. Графически можно изображать только равновесные процессы - они протекают так, что изменение термодинамических параметров за конечный промежуток времени бесконечно мало. Все реальные процессы неравновесные, но в ряде случаев этой неравновесностью можно пренебречь (чем медленнее протекает процесс, тем ближе он к равновесному).

p

p S

V

dl Рис.1. V₁ dV V₂ Рис.2.