6.6 Термодинамиканың бірінші заңы

Термодинамиканың бірінші заңының немесе басқаша термодинамиканың бірінші басы деп аталатын жалпы термодинамикалық теорияны құруда және дамытуда өзгеше мағынасы бар. Термодинамикалық үрдістерді есептеуді жүргізу және олардың энергетикалық тепе-теңдігінің ерекшеліктерін белгілеу үшін негіз беретін, бұл заңның қолданбалы мәні де орасан зор.

Энергияның сақталуы мен өзгеруінің жалпы заңының жеке жағдайы болып табылатын, термодинамиканың бірінші заңы, жылылық пен жұмыстың баламалы екенін және жылылықтың- жұмысқа, ал жұмыстың жылылыққа өзгере алатынын тағайындайды. Сонымен бірге бұл өзгерулер энергияның бір түрінің белгілі мөлшеріне энергияның басқа түрінің дәл анықталған мөлшері сәйкес келетін түрде жүзеге асырылады. Баламалық заңына сәйкес

, (6.48)

мұнда А - механикалық энергияның ккал/кг м-ге тең жылылық баламасы. кері шамасы жылудың механикалық баламасы деп аталады. ӨЖ жүйесінде жылылық пен жұмыс джоульмен өлшенеді, сондықтан баламалы энергиялар тең болады:

МКГСС және ӨЖ жүйелеріндегі жұмыс пен жылылықтың өлшем бірліктері арасындағы қатынас мынадай:

Термодинамикалық үрдістерді зерттеу кезінде термодинамиканың бірінші заңын пайдалану үшін оны математикалық түрде көрсету қажет.

Жылжымалы тетігі бар цилиндрде 1кг газ бар деп болжайық. Егер бұл жұмыс денесіне q кДж жылуды жақындатса, онда оның күйі өзгереді. Газдың қысымы мен көлемінің өзгеруі нәтижесінде тетік басқа жағдайға ауысады және жұмыс денесі бұл кезде жұмыс жасайды. Газ температурасының артуы энергетикалық көзқарастан қарағанда оның ішкі энергиясының өзгеруіне әкеледі. Бұл кезде жақындатылған жылудың мөлшері мен онымен жасалған жұмыстың арасындағы айырмашылық жұмыс денесінің ішкі энергиясының өзгеруне сәйкес келеді:

немесе Дж/кг (6.49)

Бірліктердің техникалық жүйесінде:

(6.50)

Теңдеу газ күйінің соңғы өзгерісі үшін термодинамиканың бірінші заңының математикалық өрнегін білдіреді. Ол жұмыс денесіне жақындатылатын жылу ішкі энергияның өзгеруіне және жұмыстың жасалуына жұмсалатынын көрсетеді.

Жұмыс денесінің шексіз аз өзгеруі үшін термодинамиканың бірінші заңының теңдеуі мына түрде болады:

(6.51)

Үрдістің сипатына және оның бағытына байланысты теңдеулерге кіретін мүшелердің әрқайсысы оң және теріс болуы мүмкін. Жұмыс денесіне жақындатылған жылу-оң, ал алыстатылған жылу теріс деп саналады.

Егер жұмыстың мағынасын пайдаланса, теңдеуді басқа түрде ұсынуға болады:

(6.52)