29. Енергія, робота, теплота

Эне́ргия (др.-греч.ἐνέργεια — «действие, деятельность, сила, мощь») —скалярнаяфизическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействияматерии, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, еслифизическая системаявляетсязамкнутой, то её энергия сохраняется вовремени. Это утверждение носит названиезакона сохранения энергии. Понятие введеноАристотелемв трактате «Физика».

С фундаментальной точки зрения энергия представляет собой интеграл движения(то есть сохраняющуюся при движении величину), связанный, согласнотеореме Нётер, с однородностьювремени. Таким образом, введение понятия энергии как физической величины целесообразно только в том случае, если рассматриваемая физическая система однородна во времени.

Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.Механическая работачисленно равна изменению механической энергии.

ТЕПЛОТА, кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой, а в ведре с холодной водой его может быть больше, чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже). Коли́чество теплоты́ — энергия, которую получает или теряет тело притеплопередаче. Количество теплоты является одной из основныхтермодинамических величин.

Количество теплоты является функцией процесса, а не функциейсостояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние.

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ):Джоуль.

Робо́та - фізична величина, яка визначаєенергетичнізатрати припереміщенніфізичного тіла, чи йогодеформації.

Робота зазвичай позначається латинською літерою A (від нім.Arbeit), в англомовній літературі - W (від англ.Work), й має розмірність енергії. У системі СІробота вимірюється вДжоулях, у системіСГС- уергах.

При малому переміщенні фізичного тілапід дієюсилиговорять, що над тілом здійснюється робота

,

де - кут між напрямком сили й напрямком переміщення.

Згідно з цією формулою роботу здійснює тільки складова сили, яка паралельна переміщенню. Сила, яка перпендикулярна переміщеню, роботи не здійснює.

У випадку, коли тіло рухається по криволінійному контуру C, для знаходження роботи потрібно проінтегрувати наведений вище вираз вздовж контура:

Якщо сила потенціальна, то робота залежить лише від різниці значеньпотенціалув початоковій і кінцевій точках і не залежить відтраєкторії, по якій тіло рухалося між цими двома точками.

У термодинаміці при зміні об'ємутіла на величину dV під дієютискуP над тілом виконується робота

.

Пе́рший зако́н термодина́міки — одне з основних положень термодинаміки, є, по суті, законом збереженняенергіїу застосуванні дотермодинамічних процесів. Перший закон термодинаміки сформульований в середині19 століттяв результаті робітСаді Карно,Юліуса фон Маєра,Джеймса Прескотта ДжоуляіГермана фон Гельмгольца. Перший початок термодинаміки часто формулюють як неможливість існуваннявічного двигуна1-го роду, який здійснював би роботу, не черпаючи енергію з якого-небудь джерела.

Перший закон термодинаміки

Зміна внутрішньої енергіїзакритої системи, яка відбувається врівноважному процесіпереходу системи із стану 1 в стан 2, дорівнює сумі роботи, зробленої над системою зовнішніми силами, і кількості теплоти, наданої системі: ΔU = A' + Q. Робота здійснена системою над зовнішніми тілами в процесі 1->2 (Назвемо її просто А) A=-A', тоді закон приймає вигляд:

.

Кількість теплоти, що надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергіїсистеми і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил.

Для елементарної кількості теплотиδQ; елементарної роботи δA і малої зміни dU внутрішньої енергії перший закон термодинаміки має вигляд: