Первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики есть частный случай закона сохранения и превращения энергии: сумма всех видов энергии изолированной системы постоянна. При взаимодействии ТС с ОС происходит обмен энергией. Возможны два способа. 1. с изменением внешних параметров системы. Этот способ называется работой. 2. без изменения параметров внешних параметров системы. Этот способ называется теплотой, а процесс передачи энергии – теплообменом. В случае наличия только тепловой формы передачи энергии q и механической работы l , баланс энергии записывается в виде

q = du + l , для газов l = pdv , (1)

где u – удельная внутренняя энергия рабочего тела, p – давление, v – удельный объем. Здесь могут присутствовать другие виды работы, точнее способы передачи энергии (условно называемых немеханическими) и в достаточно общем случае уравнение (1) заменится следующим:

q = du + l_мех + ∑A_jda_j – ∑_kdN_k , (1^′)

где A_j – обобщенная (термодинамическая) сила, a_j – обобщенное перемещение, _k – химический потенциал k-го компонента, N_k – число молей k-го компонента. В роли параметров A_j и a_j могут выступать напряженности электрических и магнитных полей, заряды и др. Важно только понимать, что A_j – интенсивный, а a_j – экстенсивный параметр и в соответствующую сумму (1^′) они входят вместе (парой). Параметры в таких парах обычно называют сопряженными.

Символом d обозначаются дифференциалы переменных (полные дифференциалы), т. е. соответствуют приращениям функций состояния. Символ  соответствует приращению параметра в процессе, которое зависит от пути перехода из данного (1-го) в конечное (2-ое) состояние. Примерами первого варианта служит внутренняя энергия U и объем тела V , второго – теплота q и работа l .

Отметим, то, что U является однозначной функцией состояния, вытекает из нулевого и первого начал термодинамики. Это также связано с механическим происхождением внутренней энергии. Еще о теплоте и работе.

Теплота и работа – две формы обмена энергией. Они связываются с процессом передачи энергии. Не бывает «запаса» теплоты и работы. Теплота, связанная с движением атомов и молекул – микроскопическая форма передачи энергии. Для идеального газа теплота – неупорядоченная форма кинетической энергии. Работа связана с перемещением тела (его части) – макрофизическая форма передачи энергии.

Принято следующее правило знаков

Рис. 1

В ТТ часто используются следующие виды работ:

pdV = l – работа расширения или сжатия,

dpV) = dl^vp – работа проталкивания,

–Vdp = l^p – располагаемая работа.

Рис. 2.

Формулу (1) можно переписать, используя энтальпию

q = dh – Vdp .

Проинтегрировав вдоль определенного пути, найдем

q = h + l^p .