2. Термодинамиканың бірінші заңы, оның анықтамалары мен аналитикалық өрнектері.

Термодинамиканың бірінші заңы энергияның сақталу заңының ж/е бір түрден екінші түрге өту заңының Термодинамикалық жүйе үшін біріктірілген түрі. Осылайша оны келесі түрде тұжырымдауға болады: оқшауланбаған термодинамикалық жүйенің ΔU ішкі энергиясының өзгерісі жүйеге берілген Q жылу мөлшерімен жүйенің сыртқы ортаға жасаған А жұмысының айырымына тең. ΔU= Q – A

Бұл теңдікті көбіне мына түрде жазады: Q = ΔU– A . Оны тұжырымдасақ: жүйенің сыртқы ортадан алған жылу мөлшері оның ішкі энергиясының өзгеруіне ж/е сыртқы ортаға кететін жұмысты өндіруге жұмсалады.

Осы заңға сйкес энергия жоқтан пайда болмайды ж/е жоққа жұмсалмайды; ол бір жүйеден екінші жүйге өтеді ж/е бір түрден екінші түрге қтеді. Бірінші заңның ең маңызды салдары бірінші текті мәңгі қозғалтқыш жасау мүмкін емес екендігі туралы тұжырым болып табылады. Ол дегеніміз сыртқы ортадан ешқандай энергия қабылдамай ж/е өзінің ішінде ешқандай өзгерістер жүрмей пайдалы жұмыс өндіретін машинажасау мүмкін емес. Бұндай машина жасау әрекеттері әрдайым сәтсіздіктермен аяқталған. Кез-келген машина А пайдалы жұмысты тек сыртқы ортадан Q жылу алу арқылы н/е ΔU ішкі энергияның кемуі есебінен жүзеге асырылады.

Енді термодинамиканың бірінші заңын идеал газдардағы изопроцестер үшін қолданайық:

1. Изохоралық процестерде (V=const) газ жұмыс жасамайды А=0, сәйкес

Q = ΔU = U_T1 – U_T2

Бұндағы U_T1 ж/е U_T2 газдың бастапқы ж/е соңғы күйдегі ішкі энергиялары. Идеал газдардың ішкі энергиясы тек температураға тәуелді ( Джоуль заңы). Изохоралық қыздыру кезінде газ жылуды жұтады(Q>0) ж/е оның ішкі энергиясы артады. Ал суытқан кезде(Q<0) жылу газдан сыртқа бетіледі, сәйкес ішкі энергия кемиді.

2. Изобаралық процестер үшін (p=const) газдың жасайтын жұмысы былай өрнектеледі:

A = p (V₂ –V₁) = pΔV

Ал термодинамиканың бірінші заңы бұндай процесс үшін : Q = U_T1 – U_T2 + p (V2 –V1) = ΔU - pΔV

Изобаралық ұлғаю кезінде (Q>0) газ жылуды жұтып, оң жұмыс жасайды. Ал изобаралық сығылу кезінде (Q<0) жылу сыртқы ортадан газға беріледі. Нәтижесінде А<0 . Изобаралық сығылу кезінде газ температурасы кемиді Т₂ <Т₁, ішкі энергия азаяды ΔU<0.

3. Изотермиялық процестерде газ температурасы өзгермейді, сәйкесінше ішкі энергияда өзгермейді ΔU =0. Изотермиялық процестер үшін термодинамиканың бірінші заңы келесі теңдікпен беріледі : Q = A. Изотермиялық ұлғаю кезінде алынған жылу сыртқы ортаға жұмсалатын жұмысқа кетеді. Ал сығу кезінде газды сығуға кеткен күштер сыртқы ортаға берілетін жылуға айналады.

Термодинамикада изопроцестермен қатар адиабаталық процестер қарастырылады. Адиабаталық процес – сыртқы ортамен жылу алмасу болмайтын процесс. Оған адиабаталық ұлғаю және сығылу процестері жатады. Бұндай процестерде Q = 0 , сондықтан термодинамиканың бірінші заңы былай өрнектеледі: A = - ΔU. Яғни газ ішкі энергиясының кемуі есебінен жұмыс жасайды. Адиабаталық ұлғаю кезінде газ оң жұмыс жасайды, сондықтан оның ішкі энергиясы кемиді, осыдан газ температурасы төмендейді. Нәтижесінде адиабаталық процесс кезінде изотермиялық процеске қарағанда қысым тезірек төмендейді.