2.4. Первый закон термодинамики

Закон сохранения и превращения энергии: "Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах".

Применительно к термодинамике это первый закон термодинамики:

"Теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и совершение работы".

Уравнение первого закона термодинамики имеет следующий вид:

q = ∆u + A, (2.6)

где q - количества теплоты подведенной (отведенной) к системе, ;

A - работа, совершенная системой (над системой), ;

∆u - изменение внутренней энергии в данном процессе, .

Если q >0 – теплота подводится к системе; q <0 – теплота отводится от системы;

Если A>0 –работа совершается системой; A<0 – работа совершается над системой.

В дифференциальной форме уравнение первого закона термодинамики принимает вид:

dq = с_vdТ + pdv (2.7)

Если процесс круговой, т. е. в результате него система возвращается в исходное состояние, то ∆u = 0, и, следовательно, Q = А. В круговом процессе все количество теплоты, полученной системой, идет на производство внешней работы.

Вопросы тестов

1.Уравнение состояния равновесной термодинамической системы имеет вид f(p, v, T) = 0.

2.Параметрами состояния термодинамической системы являются p, v, Т.

3.Рабочее тело совершает обратимый термодинамический процесс (цикл) a – b – c – d – a. Термическое уравнение состояния такого рабочего тела имеет вид f(p,v,T) = 0.

4.Теплотой называется форма обмена энергией между термодинамической системой и окружающей средой.

5.Работой расширения называется работа увеличения поверхности тела против сил поверхностного натяжения …

6.Аналитическое выражение энтропии для обратимого термодинамического процесса имеет вид ds=.

7.В соответствии с первым законом термодинамики подводимая к термодинамической системе теплота расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение внешней работы.

8.Площадь под линией процесса с, показанная на графике, является работой расширения.

9.Для представленных на графике процессов a, b, c, d наименьшая работа совершается в процессе …

Решение:Изменение внутренней энергии в представленных на графике процессах одинаково. Площадь под графиком процесса в Ts-координатах соответствует теплоте. На основании первого закона термодинамики меньшей подводимой теплоте будет соответствовать и меньшая работа. Правильный ответ – процесс d.

10.Для представленных на графике процессов a, b, c, d наибольшая работа совершается в процессе а.

11.Наибольшее количество теплоты в представленных на графике процессах отводится в процессе а.

10.Изменение внутренней энергии газа в представленных на графике процессах выражается соотношением Δu_a = Δu_b = Δu_c.

11.Правильным соотношением для количества теплоты в процессах а, b, c является Δq_a Δq_b Δq_c .

Задачи тестов

1.Если u = 100 Дж/кг, р = 5 кПа, v = 1 м³/кг, то удельная энтальпия рабочего тела равна _____ Дж/кг.

Решение:Удельная энтальпия рабочего тела равна h=u+pv=100+5000×1=5100 Дж/кг.

2.Изменение внутренней энергии газа в процессе 1 – 2, представленном на графике, равно Δu=50 кДж/кг.

Работа в процессе 1 – 2 составляет (– 50) кДж/кг.

3.Работа сжатия в процессе 1 – 2, представленном на графике, равна 0 кДж/кг.

4.Работа расширения в изохорном процессе 1 – 2, представленном на графике, равна нулю.