Тема 1.5 Первый закон термодинамики Вопросы темы

Содержание закона и его формулировка. Аналитическое выражение закона. Принцип эквивалентности теплоты и работы. Внутренняя энергия. Работа газа, определение и графическое изображение в координатах PV и TS. Расчет количества теплоты. Энтальпия и энтропия рабочего тела.

Полная и внутренняя энергии системы

Произвольная термодинамическая система, находящаяся в любом термодинамическом состоянии, обладает полной энергией W, складывающейся из:

• кинетической энергией W_k движения системы;

• потенциальной энергии системы W_n во внешних силовых полях (например, электромагнитная, гравитационная);

• внутренней энергии V

W = W_k + W_n + V

Внутренней энергией тела или термодинамической системы называется энергия, зависящая только от термодинамического состояния тела (системы).

V = f₁ (p, v); V = f₂ (p, Т); V = f₃ (V, T).

Внутренняя энергия состоит из энергии различных видов движения и взаимодействия частиц системы, а именно: кинетической энергии поступательного и вращательного движения молекул, энергии колебаний атомов в молекулах, а также потенциальной энергии сил взаимодействия между молекулами.

Внутренняя энергия реального газа, зависит от температуры и объема тела.

Для идеального газа, в котором отсутствует энергия сил взаимодействия, которая зависит от объема газа, внутренняя энергия определяется только значением температуры рабочего тела.

Внутреннюю энергию при t = 0 ⁰С принимают равной О.

Работа и теплота в термодинамическом процессе

Любой термодинамический процесс представляет собой последовательное изменение состояния тела в результате взаимного обмена энергией рабочего тела и окружающей среды. Передача энергии от одного тела к другому может осуществляться двумя принципиально различными способами.

Первый способ передачи энергии представляет собой процесс силового воздействия одного тела на другое, сопровождающийся видимым перемещением другого тела.

В технической термодинамике рассматривается механическая работа, совершаемая газом или паром, не только при перемещениях, но и при изменении объема тела (расширении или сжатии газа). Единицей измерения механической работы является джоуль.

Второй способ передачи энергии связан с наличием разности температуры. Передача энергии в этом случае осуществляется либо путем непосредственного соприкосновения тел, имеющих разную температуру, либо с помощью излучения. В этом случае количество переданной энергии называется теплотой Q, а сам процесс – теплопередачей.

Единицей измерения тепла является джоуль, а также внесистемная единица – килокалория: (1 ккал = 4,187 ^. 10 ³Дж).

Работа и теплота являются двумя способами (формами) передачи энергии в термодинамическом процессе и одновременно мерой переданной энергии.

В зависимости от соотношения между энергией, переданной тем или иным способом, различают и процессы.

Процесс, который осуществляется без совершения механической работы (l = 0) называется изохорным. Процесс, который осуществляется без теплообмена (Q = 0) называется адиабатным.