§2.16. Основы термодинамики.

Обратимые и необратимые тепловые процессы.

Термодинамический процесс обратим, если после него можно возвратить систему и все взаимодействующие с ней тела в начальные состояния так, чтобы в других телах не возникало каких-либо остаточных изменений. При обратимом процессе система может возвратиться в исходное состояние без изменений в окружающей среде.

Процесс, который не удовлетворяет этому условию, называется необратимым процессом.

Необходимое условие обратимости термодинамического процесса – его равновесность, т.е. всякий обратимый процесс всегда является равновесным (квазистатическим). Однако не всякий равновесный процесс обязательно обратим.

Пример обратимого процесса – незатухающие колебания, которые совершает в вакууме тело, подвешенное на абсолютно упругой пружине.

Пример необратимого процесса – торможение тела под действием силы трения.

§2.17. Работа газа при изменении

объёма.

dA = F · dℓ F = P · S dℓ · S = dV

dA = P S · dℓ = Р · dV

dA = Р · dV

Графически можно изображать только равновесные процессы (параметры состояния имеют определённые значения). Они состоят из последовательности равновесных состояний и протекают так, что изменение термодинамических параметров за конечный промежуток времени бесконечно мало.

Все реальные процессы неравновесны. Они протекают с конечной скоростью. Чем медленнее процесс, тем он ближе к равновесному.

§2.18. Эквивалентность теплоты и работы.

Обмен энергией между термодинамической системой и внешними телами можно осуществить двумя различными способами:

• путем совершения работы и

• путем теплообмена.

Работа совершается при силовом взаимодействии между телами.

Работу над системой производят внешние силы. Для совершения работы над макроскопической неподвижной системой нужно, чтобы перемещались взаимодействующие с ней тела, т.е. чтобы изменились внешние параметры состояния системы. В отсутствие внешних полей (силовых) обмен энергией между неподвижной системой и внешней средой может совершаться за счёт совершения работы лишь в процессе изменения объёма и формы системы. Работа А^', совершаемая внешними телами над системой, численно равна и противоположна по знаку работе А, совершаемой самой системой над внешней средой, т.е. против внешних сил: A^' = - A.

Теплообмен происходит между телами или частями одного тела, нагретыми до различной температуры.

В отличие от внутренней энергии системы, которая является однозначной функцией состояния системы, понятие теплоты и работы имеют смысл только в связи с процессом изменения состояния системы. Они являются энергетическими характеристиками этого процесса.

§2.19. Первое начало термодинамики.

В соответствии с законом сохранения энергии при любом способе перехода системы из одного состояния в другое изменение внутренней энергии ∆U = U₂ – U₁ будет одинаковым и равным разности между количеством теплоты Q, полученной системой, и работой А, совершенной системой против внешних сил.

∆U = Q – A

или Q = ∆U + A – первое начало Т.Д.

Теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил. В дифференциальной форме

dQ = dU + dA

или более корректно

В этом выражении dU – полный дифференциал, а и таковыми не является.