Закон сохранения энергии
Энергия не возникает и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую.
В любой изолированной системе запас энергии остается постоянным
Разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах.
В термодинамическом смысле энергия системы – это ее способность совершать работу.
Работа: основные понятия
Работа – это форма передачи энергии от одного тела к другому, не связанное с переносом теплоты или вещества.
Работа бывает:
Если объект движется против приложенной силы, то он совершает механическую работу. Пример: работа расширения газа (рис. 2.2.) Сумму всех видов работ за исключением механической работы, называют полезной (немеханической работой).
|
Рис. 2.2. Работа расширения газа. |
Теплота: основные понятия
Если энергия системы изменяется в результате разности температур между системой и внешней средой, то энергия передается в виде теплоты, Q. Таким образом, теплота – это форма передачи энергии от более нагретого тела к менее нагретому, не связанная с переносом вещества и совершением работы.
Не все границы позволяют передачу энергии. Диатермическая (теплопрозрачная) граница позволяет передачу энергии в виде теплоты. Адиабатическая граница не позволяет передачу теплоты (рис. 2.3).
|
Рис. 2.3. Передача энергии через адиабатическую и диатермическую границы.
|
Эндотермические и экзотермические процессы
В зависимости от теплообмена с окружающей средой термодинамические процессы делятся на:
В экзотермических процессах система отдает энергию в виде теплоты в окружающую среды, при этом температура системы падает. В эндотермических процессах система поглощает энергию в виде теплоты из окружающей среды, при этом температура системы возрастает. В изотермических процессах система обменивается теплотой с окружающей средой, а температура самой системы не изменяется (рис. 2.4.).
|
Рис. 2.4. Иллюстрация экзо, эндо – и изотермического процесса.
|
Разница между работой и теплотой (обоснование на молекулярном уровне)
Теплота – это передача энергии вследствие хаотичного (беспорядочного) движения молекул (теплового движения) Работа – это передача энергии вследствие организованного (упорядоченного) движения молекул. (рис. 2.5.)
|
Рис. 2.5. Разница между работой и теплотой.
|
Работа расширения идеального газа
Работа расширения – это работа, совершаемая при изменении объема.
Получим общее выражение для работы.
Рассмотрим цилиндр с поршнем, который
заполнен идеальным газом. При нагревании
системы газ расширяется и поршень
начинает перемещаться вверх. Когда
поршень из области A
перемещается на расстояние dz,
он изменяет объем на величину
(рис. 2.6.).
Внешнее давление Pex
равно весу, давящему на поршень и
приложенной силе
.
Рис. 2.6. Работа расширения идеального газа
|
Таким образом, работа, необходимая, чтобы переместить объект на расстояние dz против приложенной силы F, равна:
Работа, совершенная системой, считается положительной.
|
