Вопрос 2 - Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия, теплота, работа. Конкретные примеры применения первого начала т/д к биосистемам.

1841г. - Майей, 1843г. - Джоуль, 1847г. - Гельмгольц : открыт принцип эквивалентности теплот. На основе этого был сформулирован закон сохранения энергии.

З.С.Э. : Энергия не исчезает и не возникает из ничего, она переходит из одного состояния в другое в строго эквивалентных количествах. 1 закон т/д является количественной формулировкой закона сохранения энергии, применяется к процессам, связанным с превращением теплот и работы.

U характеризует общий запас энергии системы за вычетом К в целом и П её положения. В химической термодинамике рассматривают неподвижные системы в полном отсутствии внешних полей.

U=К+П+E_Х.СВ.+Е_А E_Х.СВ.- энергия химических связей; Е_А- атомная энергия взаимодействия частиц а ядрах

U зависит от природы вещества, его массы, параметров состояния. U=f(p,V,T)

U - экстенсивная функция.. Абсолютное значение U не известно, поэтому количественно измеряется ΔU при переходе из одного состояния в другое. U - функция состояния.

При этом, для элементарных процессов (параметры состояния системы изменяются на бесконечно малые величины) рассматривается dU- бесконечно малое изменение, полный дифференциал U для элементарных процессов.

Изменение U в закрытой системе может происходить засчет обмена теплотой и совершения работы окружающей средой.

Q - теплота - неупорядоченная, связанная с хаотичным движением частиц, форма передачи энергии от более нагретого тела к менее нагретому. Не связана с переносом вещества или совершением работы.

Q - функция процесса.

δQ - бесконечно малое изменение, полный дифференциал. Q>0 - система поглощает энергию, а если система отдает энергию - Q<0.

W - работа - упорядоченная форма передачи энергии от одного тела к другому (не связана с переносом теплоты и вещества)

W - функция процесса. δW - бесконечно малая работа (элементарная)

W=W_МЕХ+W_ПОЛЕЗН ; W_МЕХ- работа расширения и сжатия, W_ПОЛЕЗН- любая другая работа.

W системы>0, W над системой<0

IUPAC: эгоистическая система знаков.

p=const; δW=pΔW; W= =p(V₂-V₁)=pΔV

Взаимосвязь U, Q, W устанавливается на основе 1 закона термодинамики.

1 начало т/д для закрытой и изолированной систем: Теплота, сообщенная закрытой системе, расходуется на увеличение её внутренней энергии или на совершение работы. Q=ΔU+W ; Q=ΔW+pΔV+W_пол; если W_ПОЛ=0, то Q=ΔU+W ; Q=ΔW+pΔV; δQ=dU+pdV+δW_полн (для элементарных процессов)

Невозможно создать вечный двигатель первого рода, который не расходует энергию на совершение работы.

В изолированной системе W=0, Q=0, поэтому ΔU=0, U=const. В любой изолированной системе запас U постоянен.

В биологических системах теплота обычно отдается системой в окружающую среду, а работа совершается засчет убыли энергии. -Q=-ΔU+W

1 закон т/д можно применить к разным системам:

-Изотермическая. T=const, Q=W_РАСШ.

Для 1 моль идеального газа Q_T=W_Р=RTln =RTln ; W_Р=