3. Внутренняя энергия системы и ее основные свойства.

Внутренней энергией системы [ВЭ] называется ее полная энергия за вычетом кинетической энергии движения системы как целого и потенциальной энергии нахождения системы во внешнем поле сил.

Следовательно, во ВЭ включаются:

• энергия хаотического движения молекул,

• потенциальная энергия их взаимодействия

• внутримолекулярная энергия.

Основные свойства ВЭ:

1. ВЭ является аддитивной величиной;

2. ВЭ является функцией состояния системы.

Параметр (величина) является функцией состояния системы в том случае, если, независимо от предыстории системы, в данном состоянии всегда принимает одно, вполне определенное значение.

Соответственно, изменение ВЭ при переходе из одного состояния в другое равно разности значений ВЭ в этих состояниях, независимо от пути, по которому осуществляется переход.

4. Первое начало термодинамики

Внутренняя энергия тела может изменяться в основном в ходе двух процессов:

1. совершения над телом работы ;

2. передачи тепла другими телами.

Различие в этих двух процессах заключается в следующем. Совершение работы сопровождается макроскопическим перемещением внешних тел. Передачей тепла (теплопередачей) называется совокупность микроскопических процессов, обеспечивающих совершение работы молекулами более нагретого тела над отдельными молекулами менее нагретого тела и приводящих к передаче энергии от одного тела к другому. При этом макроскопическая работа не совершается.

Количественно процесс теплопередачи характеризуется количеством тепла и обозначается символом Q.

Суммируя сказанное, можно утверждать, что приращение внутренней энергии системы равно сумме сообщенного ей внешними телами количества тепла и работы, совершенной над системой:

, (7.1)

Обычно вместо работы , совершаемой внешними телами, рассматривают работу, совершаемую данным телом: , и записывают:

(7.2)

Равенство (7.2) выражает закон сохранения энергии в термодинамике и называется первым началом (законом) термодинамики: количество тепла, сообщенное системе, идет на приращение внутренней энергии системы и совершение ею работы над внешними телами. Подчеркнем, что величины и в (7.2) являются алгебраическими, т.е. отрицательное означает фактический отбор тепла, отрицательная  совершение работы внешними телами над данным телом или системой.

При вычислениях часто приходится разбивать рассматриваемый процесс на ряд элементарных процессов, каждый из которых соответствует в пределе бесконечно малому изменению параметров системы. Для каждого из таких процессов уравнение (7.2) можно записать в виде:

(7.3)

где есть приращение внутренней энергии системы, а , - элементарное количество тепла и элементарная работа. Подчеркнем, что и нельзя рассматривать как приращения соответствующих величин, т.к. эти величины не являются функциями состояния системы. Поэтому снабдили « ». Переходя к дифференциалам, уравнение (3) можно записать в виде:

(7.4)