МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
“ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”
(ГОУ ВПО ВГУ)
Доклад
по дисциплине «Концепции современного естествознания»
Начала термодинамики. Энтропия
Выполнил: Перелётов И. М.
Воронеж 2011
1. Первое начало термодинамики
Первое начало термодинамики является математическим выражением количественной стороны закона сохранения и превращения энергии в применении к термодинамическим системам. Оно было установлено в результате экспериментальных и теоретических исследований в области физики и химии, завершающим этапом которых явилось открытие эквивалентности теплоты и работы, то есть обнаружение того, что превращение теплоты в работу осуществляется всегда в одном и том же строго постоянном количественном соотношении.
Уже в XVIII в. была обнаружена невозможность механического вечного двигателя. В 1748 г. М. В. Ломоносов в письме к Эйлеру, высказывая мысль о законе сохранения вещества и распространяя его на движение материи, писал: "Тело, которое своим толчком возбуждает другое тело к движению, столько же теряет от своего движения, сколько сообщает другому". В 1755 г. Французская Академия наук "раз и навсегда" объявила, что не будет больше принимать каких-либо проектов вечного двигателя. В 1840 г. Г. Г. Гесс сформулировал закон о независимости теплового эффекта химических реакций от промежуточных реакций. В 1842-1850 гг. многие исследователи (Майер, Джоуль и пр.) пришли к открытию принципа эквивалентности теплоты и работы.
Установление принципа эквивалентности было последним этапом в формировании количественной стороны закона сохранения и превращения энергии, вследствие чего дата установления этого принципа обычно отождествляется с датой открытия первого начала термодинамики.
Из приведённой исторической справки видно, что потребовался ряд десятилетий, чтобы наука могла найти путь от простого убеждения о невозможности вечного двигателя до современной формы закона сохранения и превращения энергии.
Первое начало термодинамики устанавливает: внутренняя энергия системы является однозначной функцией её состояния и изменяется только под влиянием внешних воздействий.
В термодинамике рассматриваются два типа внешних воздействий: воздействия, связанные с изменением внешних параметров системы (система совершает работу), и воздействия, не связанные с изменением внешних параметров и обусловленные изменением внутренних параметров или температуры (системе сообщается некоторое количество теплоты).
Поэтому, согласно первому началу, изменение внутренней энергии U2 – U1 системы при её переходе под влиянием этих воздействий из первого состояния вр второе равно алгебраической сумме Q и W, что для конечного процесса запишется в виде уравнения U2 – U1 = Q – W или
Q = U2 – U1 +W
Из первого начала термодинамики следует, что работа может совершаться или за счёт изменения внутренней энергии, или за счёт сообщения системе количества теплоты. По этой причине первое начало часто формулируют в виде положения о невозможности вечного двигателя первого рода, то есть такого периодически действующего устройства, которое бы совершало работу, не заимствуя энергии извне. Положение о вечном двигателе допускает обращение: работу нельзя создать ни из ничего (без затраты энергии) ни превратить в ничто (без выделения энергии)