Основные понятия термодинамики

Что изучает:

Основные законы

Объект изучения

- по фазовому составу:

- по обмену с окружающей

средой энергией и массой

Показатели, характеризующие

состояние системы:

Изменение параметра:

Переход системы в другое

состояние

Виды процессов

по конечному результату

по неизменному параметру:

Глава 2 Первое начало термодинамики

2.1 Первое начало термодинамики как закон сохранения энергии

Первое начало термодинамики отражает связь между внутренней энергией системы, теплотой и рабо­той. Первое начало термодинамики является законом сохра­нения энергии, выра­жен­ным математически. Его открытию способствовали ис­следования М.В. Ломоно­сова (1711 - 1765), Р. Майера (1814 - 1878), С. Карно (1792 - 1832), Д.Джоуля (1818 - 1889). Этот закон имеет несколько формулиро­вок.

а. Первое начало - закон сохранения энергии

Энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего, а переходит из одного вида энергии в другой в эквивалентных (равноценных) количе­ст­вах.

Интересно, что механическую энергию в тепловую люди научились превра­щать ещё в доисторические времена (например, добывание огня трением), а вот наоборот – тепловую в механическую совсем недавно: в XIXв. с открытием те­пловых двигателей. Наука термодинамика потому и возникла, чтобы понять, почему это превращение идёт с таким низким коэффициентом полезного дейст­вия (КПД). Во что превращается ос­тальное тепло?

б. I начало термодинамики для изолированной системы

Э нергия изолированной системы постоянна, не изме­няется, т.к. изоли­рованная система не обменивается с окружающей средой ни энер­гией, ни веще­ством

ΔU = 0 (1)

Постоянство энергии изолированной системы не исключает возможности перехода одного вида энергии в другой, но при таких переходах энергия не те­ряется и не создается вновь. Отсюда третья формулировка.

в. Вечный двигатель первого рода невозможен, т.е. нельзя производить работу без затрат энергии.

Удивительно, что несмотря на то, что формулировка I начала была опубли­кована в 1842 году, до сих пор в патентные бюро всех стран мира подаётся масса заявок на изобретение вечного двигателя. Так в 90-е годы ХХ века в на­ших газетах был описан случай о намерении российского правительства купить самолёт, не требующий заправки топливом. Продемонстрировали комиссии пустые баки и полёт этого «чуда техники». Уже собирались подписывать кон­тракт, составляющий внушительную сумму денег. Однако при последующем контроле обман был раскрыт. Оказалось, что под обшивкой самолёта сплошным слоем были установлены аккумуля­торы.

г. I начало термодинамики для закрытых и открытых систем,

Количество теплоты, полученное системой, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы.

Q = ΔU + A (2)

Если преобразовать формулу (2) в такой вид: A = Q – ΔU, то мы придем к поразительному выводу: нельзя всю теплоту превратить в работу, часть её все­гда расходуется на увеличение внутренней энергии.

В химии под работой понимают затраты энергии на расширение сис­темы, например, при движении поршня в цилиндре двигателя. Поэтому урав­нение (2) примет вид Q = ΔU – pΔV (2а)