Робота газу перший початок термодинаміки. Перший закон термодинаміки
Являє собою закон збереження енергії, один із загальних законів природи (поряд із законами збереження імпульсу, заряду та симетрії):
Енергія не знищується і не створюється; вона може лише переходити з однієї форми до іншої в еквівалентних співвідношеннях.
Перший початок термодинаміки представляєсобою постулат- вона не може бути доведена логічним шляхом або виведена з будь-яких більше загальних положень. Істинність цього постулату підтверджується тим, що жодне з його наслідків не перебуває у суперечності з досвідом.
Наведемо ще деякі формулювання першого початку термодинаміки:
- повна енергія ізольованої системи стала;
- Неможливий вічний двигун першого роду (двигун, що здійснює роботу без витрати енергії).
Перший початок термодинамікивстановлює співвідношення між теплотою Q, роботою А та зміною внутрішньої енергії системи?U:
Зміна внутрішньої енергіїСистема дорівнює кількості повідомленої системи теплоти мінус кількість роботи, досконалої системою проти зовнішніх сил.
dU = δQ-δA (1.2)
Рівняння (1.1) єматематичним записом 1-го початку термодинаміки для кінцевого, рівняння (1.2) - для нескінченно малої зміни стану системи.
Внутрішня енергія є функцією стану; це означає, що зміна внутрішньої енергії?U не залежить від шляху переходу системи зі стану 1 у стан 2 і дорівнює різниці величин внутрішньої енергії U 2 і U 1 у цих станах:
U = U 2 -U 1 (1.3)
Слід зазначити,що визначити абсолютне значення внутрішньої енергії системи неможливо; термодинаміку цікавить лише зміна внутрішньої енергії під час будь-якого процесу.
Розглянемо програмупершого початку термодинаміки визначення роботи, здійснюваної системою при різних термодинамічних процесах (ми розглядатимемо найпростіший випадок - роботу розширення ідеального газу).
Ізохорний процес (V = const; ? V = 0).
Оскільки робота розширення дорівнює добутку тиску та зміни обсягу, для ізохорного процесу отримуємо:
Ізотермічний процес (Т=const).
З рівняння стану одного моля ідеального газу отримуємо:
δА = PdV = RT(I.7)
Проінтегрувавши вираз (I.6) від V 1 до V 2 отримаємо
A = RT = RTln = RTln (1.8)
Ізобарний процес (Р=const).
Q p = U + P V (1.12)
У рівнянні (1.12) згрупуємо змінні з однаковими індексами. Отримуємо:
Q p = U 2 -U 1 +P(V 2 -V 1) = (U 2 + PV 2)-(U 1 +PV 1) (1.13)
Введемо нову функціюстану системи - ентальпію Н, Тотожно рівну сумі внутрішньої енергії і добутку тиску на об'єм: Н = U + PV. Тоді вираз (1.13) перетворюється на такий вид:
Q p= H 2 -H 1 =?H(1.14)
Т.ч., тепловий ефект ізобарного процесу дорівнює зміні ентальпії системи.
Адіабатичний процес (Q= 0, δQ= 0).
При адіабатичному процесі робота розширення відбувається рахунок зменшення внутрішньої енергії газу:
A = -dU = C v dT (1.15)
Якщо Сv не залежитьвід температури (що справедливо багатьом реальних газів), робота, проведена газом за його адіабатичному розширенні, прямо пропорційна різниці температур:
A = -C V ?T (1.16)
Завдання №1.Знайти зміну внутрішньої енергії при випаровуванні 20 г етанолуза температури його кипіння. Питома теплота пароутворення етилового спиртупри цій температурі становить 858,95 Дж/г, питомий об'єм пари - 607 см 3 /г (об'ємом рідини знехтувати).
Рішення:
1 . Обчислимо теплоту випаровування 20 г етанолу: Q = q уд · m = 858,95Дж / г · 20г = 17179Дж.
2 .Обчислимо роботу щодо зміни обсягу 20 г спирту при переході його з рідкого стануу пароподібне: A = P?V,
де Р- тиск парів спирту, що дорівнює атмосферному, 101325 Па (т.к. всяка рідина кипить, коли тиск її парів дорівнює атмосферному).
V=V 2 -V 1 =V ж -V п, т.к. V ж<< V п, то объмом жидкости можно пренебречь и тогда V п =V уд ·m. Cледовательно, А=Р·V уд ·m. А=-101325Па·607·10 -6 м 3 /г·20г=-1230 Дж
3. Обчислимо зміну внутрішньої енергії:
U = 17179Дж - 1230 Дж = 15949 Дж.
Оскільки?U>0, отже при випаровуванні етанолу відбувається збільшення внутрішньої енергії спирту.
Перший початок термодинаміки
План
Внутрішня енергія.
Ізопроцеси.
Роботи при ізопроцесах.
Адіабатичний процес.
Теплоємність.
Внутрішня енергія тіла.
Внутрішня енергія тіла складається з кінетичної енергії поступального та обертального руху молекул, кінетичної та потенційної енергії коливального руху атомів у молекулах, потенційної енергії взаємодії між молекулами та внутрішньомолекулярної енергії (внутрішньодерної).
Кінетична та потенційна енергія тіла як цілого не входить у внутрішню енергію.
Внутрішня енергія термодинамічної системи тіл складається з внутрішньої енергії взаємодії між тілами та внутрішньої енергії кожного тіла.
Робота термодинамічної системи над зовнішніми тілами полягає у зміні стану цих тіл та визначається кількістю енергії, яку термодинамічна система передає зовнішнім тілам.
Теплота - це кількість енергії, яка представляється системою зовнішнім тілам при теплообміні. Робота та теплота не є функціями стану системи, а функцією переходу з одного стану до іншого.
Термодинамічної системою – називають таку систему, сукупність макроскопічних тіл, які можуть обмінюватися енергією між собою зовнішнім середовищем(З іншими тілами) (Наприклад, рідина і пар, що знаходиться над нею). Термодинамічна система характеризується параметрами:
P, V, T, ρ і т.д.
Стану системи, коли хоча б один із параметрів змінюється, називається нерівноважними.
Термодинамічні системи, які обмінюються із зовнішніми тілами енергією, називаються замкнутими.
Термодинамічний процес - перехід системи з одного стану (P 1 , V 1 , T 1 ) в інше (P 2 , V 2 , T 2 ) - Порушення рівноваги в системі.
Перший початок термодинаміки.
Кількість теплоти, повідомлена системі, йде на збільшення внутрішньої енергії системи та на здійснення системою роботи над зовнішніми тілами.
Перший закон термодинаміки - це спеціальний випадок закону збереження енергії, що враховує внутрішню енергію системи:
Q= U 2 - U 1 + A;
U 1, U 2 - Початкове і кінцеве значення внутрішньої енергії тіла.
A- робота, що здійснюється системою.
Q- Кількість теплоти, яку повідомляє система.
У диференціальному вигляді:
d Q= dU+ d A;
dU- є повний диференціал, і він залежить від різниці початкового та кінцевого стану системи.
d Qіd A- Неповні диференціали, залежать від самого процесу, тобто від шляху вчинення процесу. Робота відбувається тоді, коли змінюється обсяг:
d A= Fdx= pSdx = pdV;
d A= pdV;
Перший початок термодинаміки - неможливий вічний двигун першого роду, тобто двигун, який робив би роботу в більшій кількості, ніж енергія, що отримується ззовні.
- Не залежить від шляху інтегрування.
- Залежить від шляху інтегрування функції процесу і не можна записати:
A 2 - A 1 ; Q 2 - Q 1 ;
A, Q- Не є функціями стану. Не можна говорити про закон роботи та теплоти.
Це і є не що інше, як закон збереження енергії.
Ізопроцеси.
1) Ізохоричний процес:
V=зonst;
Процес нагрівання газу в замкнутому обсязі.
d Q=dU+pdV,
pdV=0; d U=dU,
Перший початок термодинаміки набуває такого вигляду.
Теплоємність приV- const:
Теплоємність визначається відношення збільшення отриманого системою тепла до збільшення температури.
2) Ізобаричний процес:
P= const;
d Q= dU+ d A;
Розділимо наdT(Для 1 моля газу):
pV=RT,
Cp= Cv+ R,
3) Ізотермічний процес:
T= const,
P V = A;
Оскільки внутрішня енергія залежить відT, то при ізотермічному розширенніdU=0:
d Q= d A,
Тепло, що підводиться до газу при ізотермічному розширенні, повністю перетворюється на роботу розширення.
dQпрагне ∞,dTпрагне 0.
4) Адіабатичний процес:
Без теплообміну з довкіллям. Перший початок термодинаміки набуває вигляду:
d Q=0; dU+d A=0,
dU+d A=0; d A=-dU,
При адіабатичному процесі робота здійснюється тільки за рахунок зменшення внутрішньої енергії газу.
Процеси, в якихd Q=0 - адіабатичні. Адіабатичні процеси завжди супроводжуються зміною температури тіла. Оскільки при адіабатичному розширенні робота, відбувається з допомогою внутрішньої енергії (1кал= 4,19 Дж).
Робота при ізопроцесах.
1) Ізохоричний процес:
V= const
d A= pdV=0; A v =0,
Робота сил тиску при рівноважному процесі чисельно дорівнює площі під кривою, що зображує процес наPV- діаграмі:
d A= pdV.
2) Ізобаричний процес:
p=const;
d A = pdV;
3) Ізотермічний процес:
T= const;
d A=
pdV;
dV= RT;
;
Рівновага процесу:
4) Адіабатичний процес:
d Q= dU+ pdV;
dU=-pdV,
d Q=0; dU=C v dT,
,
Інтегруємо:
+ (γ-1) · lnV = const,
(TV γ-1 ) = const,
(TV γ-1 ) = const -рівнянняПуассона
;
РV γ = const.
6. Теплоємність.
1) Теплоємністю тіла називають кількість теплоти, яку треба повідомити тілу, щоб воно нагрілося на 1 0 З.
C p = C V + R; C P > C V,
Теплоємність можна віднести до одиниці маси, одного молю та одиниці об'єму. Відповідно: питома, молярна, об'ємна ([Дж/кг*град]; [Дж/мол*град]; [Дж/м 3* град]).
2) Теплоємність у реальних газах:
Внутрішня енергія молячи:
N a k= R,
– теплоємність одного моля при незмінному обсязі (v=
const).
;
– теплоємність одного моля при незмінному тиску (p= const).
Питома теплоємність.
[
]
;
Функція стану.
W= U+ PV; C p > C v
При нагріванні із збереженням Р частинаQйде розширення. Тільки розширюючись, можна зберігати Р.
Ізотерма:PV= const;
Адіабату:PV γ = const;
PV γ
Оскільки γ>1, то крива адіабати йде крутіше за ізотерму.
;
C v dT + pdV = 0;
d A = pdV = - C v dT;
PV γ =P 1 V 1 γ ,
Зміна стану будь-якого тіла чи системи тіл, загалом кажучи, супроводжується роботою, виробленої цією системою, чи роботою, здійснюваної з неї зовнішніми силами. Ця робота може бути виражена через параметри, що визначають стан системи.
Якщо, як ми вже знаємо, стан тіла визначається двома з трьох параметрів, то в загальному випадку зміна будь-якого з них повинна супроводжуватися зовнішньою роботою.
Так, наприклад, зміна температури газу, тобто його нагрівання або охолодження, може бути здійснено в результаті витрати механічної роботи ззовні (нагрівання) або за рахунок роботи, здійсненої проти зовнішніх сил (охолодження).
Ця механічна робота здійснюється при стисканні газу зовнішньою силою, коли газ нагрівається, або при розширенні газу, коли він сам виконує роботу, охолоджуючись при цьому. Зміна обсягу газу може бути виконана і без зміни його температури (див. нижче), тоді відповідно потрібна менша робота.
Але, як було зазначено, стан газу (або інших тіл) можна змінити, повідомивши йому або, навпаки, відібравши від нього деяку кількість теплоти, тобто привівши його в «контакт» з більш нагрітим або холоднішим тілом.
Яка робота буде виконана при цьому способі зміни стану? Відповідь це питання дає закон збереження енергії. Якщо газу (або іншому тілу) повідомлено деяку кількість теплоти, то при цьому, взагалі кажучи, відбувається робота і змінюється його внутрішня енергія на
Закон збереження енергії говорить: робота, що здійснюється системою, дорівнює різниці між кількістю теплоти, сполученою системою, і зміною її внутрішньої енергії:
Це рівняння виражає найважливіший закон природи, закон збереження енергії стосовно механічної та теплової енергії. Цей закон отримав назву першого початку термодинаміки.
Робота за зміни обсягу газу.Неважко обчислити роботу, пов'язану з розширенням або стисненням газу, тобто зі зміною його обсягу. Уявімо, що газ знаходиться в циліндрі, який закритий рухомим поршнем, що має площу 5 (рис. 31). Нехай під дією прикладеної зовнішньої сили поршень опустився на відстань, стиснувши при цьому газ. Газ стискатиметься до тих пір, поки сила не врівноважиться силою, що діє на поршень з боку газу і дорівнює де тиск газу. Робота витрачена на переміщення поршня на відстань дорівнює, очевидно, але є не що інше, як зміна обсягу газу при стисканні, тобто.
Навпаки, при розширенні газу, тобто при збільшенні обсягу на газ сам здійснює роботу проти зовнішніх сил, що дорівнює
Зміна обсягу газу супроводжується роботою, яка дорівнює твору тиску, під яким знаходиться газ, на зміну його обсягу.
Формула (23.2) правильна як для газу, але й будь-яких тіл. Якщо при зміні стану тіла зовнішня робота здійснюється лише за рахунок зміни об'єму, то перший початок термодинаміки можна написати у вигляді:
Можливі випадки, коли зміна стану тіл супроводжується зміною електричних, магнітних або інших параметрів, тоді до правої частини рівняння слід додати
відповідні доданки: електричну, магнітну та інші види енергії. Ми обмежимося тут розглядом зміни лише параметрів та
Можна обчислити зовнішню роботу і в тому випадку, коли зміна параметрів стану не мало.
Якщо тіло переходить зі стану стан 2, то пов'язана з цим робота А визначається шляхом інтегрування рівняння (23.2):
Цей днтеграл можна визначити графічно. Дійсно, стан тіла, як було зазначено, характеризується точкою на кривій. Тому, якщо залежність побудована графічно, наприклад, якщо ця залежність виражається кривою на рис, 32, то
дорівнює заштрихованій площі під цією кривою.
Якщо перехід зі стану стан 2 відбувається так, що зміна тиску з обсягом зображується кривою то пов'язана з цим переходом робота буде інший.
Зовнішня робота, вироблена тілом (чи над ним) за зміни його обсягу, залежить від послідовності станів, яку проходить тіло від початкового в кінцевий стан.
Що стосується внутрішньої енергії, то вона залежить тільки від стану тіла і її зміна не залежить від проміжних станів, в яких тіло перебувало.
Тому рівняння (23.3) може бути переписане у вигляді:
де значення внутрішньої енергії тіла у станах 1 та 2 відповідно.
В окремому випадку, якщо тіло в результаті всіх змін стану повернулося у вихідний стан, тобто в цьому випадку говорять, що процес зміни стану - круговий, або циклічний. Графічно такий процес зображується замкненою кривою (рис. 33), і робота, яка при цьому здійснюється (або витрачена), визначається заштрихованою площею.
Очевидно, якщо робота
за цикл позитивна, тобто саме тіло зробило роботу проти зовнішніх сил, то це означає, що воно отримало ззовні рівну кількість теплоти. Якщо ж ця робота А за цикл негативна, тобто над тілом була виконана робота зовнішніми силами, то при цьому виділилося рівну їй кількість теплоти
Таким чином, при циклічному процесі
Читача не повинен бентежити незвичайний вигляд кривої на рис. 32 та 33, коли на деяких її ділянках тиск зростає при збільшенні обсягу. «Звичайна» залежність, при якій тиск обернено пропорційно обсягу газу, спостерігається тільки при постійній температурі, тобто при ізотермічному процесі. Розглянутий нами процес зміни обсягу газу відноситься до випадку, коли газу повідомляється або від нього віднімається деяка кількість теплоти і над ним здійснюється (або він сам здійснює) робота, і на різних стадіях зміни обсягу температура газу різна.
Нічого немає дивного в тому, що одночасно з розширенням (підняттям поршня) газ може за рахунок джерела тепла настільки підвищити свою температуру, що його тиск, незважаючи на збільшення обсягу, підвищиться (і навпаки, при стисканні газ може віддати тепло холоднішому тілу, і його тиск знизиться).
Цим пояснюється й та обставина, що з переході з однієї й тієї ж початкового стану у той самий кінцевий стан але через різні проміжні стану робота виходить різною і, отже, при круговому процесі вона дорівнює нулю. Саме на цьому ґрунтується робота всіх теплових машин (двигунів).
Чи потрібно підкреслювати, що ніяка позитивна робота не може бути проведена тілом, якщо протягом всього кругового процесу температура тіла незмінна (тобто якщо процес ізотермічний). У газі, очевидно, такий ізотермічний круговий процес взагалі неможливий, оскільки, якщо зміна тиску з об'ємом відбувається вздовж ізотерми, то повернутися у вихідний стан можна лише вздовж тієї ж ізотерми; але такий процес не можна назвати круговим у згаданому вище значенні.
Квазістатичні процеси. При виведенні рівняння (23.2) для роботи газу, пов'язаної зі зміною його обсягу, мовчазно передбачалося, що протягом усього процесу зміни обсягу тиск
у кожний момент часу однаково у всіх точках газу. В іншому випадку значення тиску було б абсолютно невизначеним. Тим часом забезпечити таку сталість тиску у всьому обсязі газу (як, втім, і будь-якого тіла) у процесі його розширення чи стиснення зовсім не так просто.
Якщо розширення чи стиск газу відбувається швидко, то тиску у різних його частинах не встигають вирівнюватися. Під дією різниці тисків виникають течії газу з різними швидкостями в різних точках, зокрема і вихрові течії. Ці рухи вимагають для свого створення деякої роботи. Крім того, різні частини газу можуть при цьому мати різні температури і щільності.
Словом, при швидкій зміні обсягу газ не перебуває у стані рівноваги. Для того щоб у процесі зміни свого обсягу (або іншої величини, що характеризує стан) газ перебував у рівновазі, необхідно, щоб цей процес протікав дуже повільно, у межі – нескінченно повільно. В цьому випадку всі відхилення від рівноваги встигатимуть зникати, газ проходитиме через ряд станів рівноваги, що переходять одне в інше.
Такі процеси називаються квазистатичними, тому що при цьому кожен момент стан газу мало відрізняється від статичного стану, при якому параметри стану однакові у всьому обсязі. Зрозуміло, що тільки квазістатичні процеси можна графічно подати у вигляді кривих, подібних, наприклад, наведеним на рис. 32 чи рис. 4 (стор. 33). Неквазістатичний процес зобразити не можна. Рівнянням (23.2) та наслідками з нього можна користуватися лише для квазістатичних процесів. (Докладніше про це див. гл. VI.)
Якщо процес зміни обсягу, тобто стиснення або розширення газу, відбувається неквазнстатично, то досконала при стисканні або розширенні робота буде менше, ніж при квазістатичному процесі. Це можна зрозуміти з таких міркувань. Уявімо, що газ у посудині з поршнем (див. рис. 31) знаходиться спочатку в рівновазі; це означає, що тиск газу всередині судини дорівнює зовнішньому тиску. Нехай під дією тих чи інших причин газ став розширюватися (неквазстатично), тобто поршень став переміщатися вгору. Отже, зовнішній тиск поменшав рівноважного тиску, отже, зовнішня робота
Відповідно при неквазістатичному стисканні газу зовнішній тиск більший за рівноважний і тому робота (цього разу вона негативна)
І тільки при квазістатичному процесі зовнішній тиск нескінченно мало відрізняється від рівноважного і, отже, робота, виготовлена в цьому випадку, найбільша.
Більше того, газ може розширюватися, зовсім не здійснивши жодної зовнішньої роботи. Такий випадок можна здійснити, з'єднавши один з одним дві судини, з яких один наповнений газом, а інший порожній. Тоді газ перетіче з першої посудини до другої і займе, отже, більший обсяг. Але при цьому ніякої роботи (зовнішньої) не буде здійснено (бо немає жодних зовнішніх сил, проти яких ця робота могла відбуватися). Це так званий процес розширення у порожнечу (див. стор. 125). Протягом усього цього процесу газ не знаходиться в рівновазі (хоч би як повільно він протікав).
![](https://i2.wp.com/scask.ru/advertCommon/france.jpg)
Такі фізичні процеси, як теплота і робота, можна пояснити простий передачі енергії від тіла до іншого. У випадку з роботою мова йдепро механічну енергію, теплота ж передбачає енергію термічну. Передача енергії ведеться за законами термодинаміки. Головні положення цього розділу фізики відомі як "початки".
Перший початок термодинаміки регулює та обмежує процес передачі енергії в тій чи іншій системі.
Види енергетичних систем
У фізичному світі є два типи енергетичних систем. Замкнена або закрита система має постійну масу. У відкритій або незамкнутій системі маса може зменшуватися і збільшуватися в залежності від процесів, що протікають у цій системі. Більшість систем, що спостерігаються, є незамкненими.
Дослідження у таких системах утруднено безліччю випадкових чинників, які впливають достовірність результатів. Тому фізики вивчають явища у замкнутих системах, екстраполюючи результати на відкриті, з урахуванням необхідних поправок.
Енергія ізольованої системи
Будь-яка замкнута система, в якій відсутній обмін енергією з навколишнім середовищем, є ізольованою. Рівноважний стантакої системи визначається показаннями таких величин:
- P-тиск у системі;
- V – обсяг ізольованої системи
- T-температура;
- n - число молей газу системі;
як видно, кількість тепла та виконана робота не входять до цього переліку. Закрита ізольована система не здійснює теплообмін і не виконує роботу. Її повна енергія залишається незмінною.
Зміна енергії системи
При виконанні роботи або виникненні процесу теплообміну стан системи змінюється, і ізольованою вона вже не вважатиметься.
Формулювання першого початку термодинаміки
Насамперед перший початок термодинаміки було виведено для ізольованих систем. Пізніше було доведено, що закон є універсальним, і його можна застосовувати до незамкнених систем, якщо правильно враховувати зміну внутрішньої енергії, що відбувається через коливання кількості речовини в системі. Якщо розглянута система переходить зі стану А до стану Б, то робота, досконала системою W, та кількість теплоти Qвідрізнятимуться. Різні процеси дають неоднакові показання цих змінних навіть у разі, якщо зрештою система прийде в початковий стан. Але при цьому різниця W- Qбуде завжди одна й та сама. Іншими словами, якщо після будь-якого впливу система прийшла в початковий стан, то незалежно від типу процесів, що брали участь у перетворенні такої системи, дотримується правило W- Q= const.
У деяких випадках зручніше використовувати диференціальну формулу вираження першого закону. Він виглядає так: dU= dW- dQ
тут dU- нескінченно мала зміна внутрішньої енергії
dW- величина, що характеризує нескінченно малу роботу системи
dQ- нескінченно мала кількість теплоти, передана даній системі.
Ентальпія
Для ширшого застосування першого закону термодинаміки запроваджується поняття ентальпії.
Так називається загальна кількість повної енергії речовини та добутку обсягу та тиску. Фізичний вираз ентальпії можна такою формулою:
Абсолютне значення ентальпії є сумою ентальпій всіх частин, з яких складається система.
У кількісному вираженніця величина не може бути визначена. Фізики оперують лише різницею ентальпій кінцевого та початкового стану системи. Адже за будь-яких розрахунків зміни стану системи обирають певний рівень, при якому потенційна енергія дорівнює нулю. Так само надходять і при розрахунку ентальпії. Якщо застосувати поняття ентальпії, то перший початок термодинаміки для ізопроцесів виглядатиме таким чином: dU= dW- dH
Ентальпія будь-якої системи залежить від внутрішньої будовиречовин, що становлять цю систему. Ці показники, у свою чергу, залежать від будови речовини, її температури, кількості та тиску. Для складних речовин можна обчислити стандартну ентальпію освіти, яка дорівнює кількості теплоти, яка знадобиться для утворення моля речовини з простих складових. Як правило, величина стандартної ентальпії негативна, тому що при синтезі складних речовин у більшості випадків виділяється теплота.
Перший закон термодинаміки в адіабатичних процесах
Використання першого початку термодинаміки для ізопроцесів можна розглянути графічно. Наприклад, розглянемо адіабатичний процес, у якому кількість теплоти протягом усього часу залишається незмінною, тобто Q= const. Такий ізопроцес протікає в теплоізольованих системах, або за настільки короткий час, що система не встигає здійснити теплообмін із зовнішнім середовищем. Повільне розширення газу на діаграмі "обсяг-тиск" описується такою кривою:
За графіком можна довести застосування першого початку термодинаміки до ізопроцесів. Оскільки зміни кількості теплоти в адіабатичному процесі не відбувається, зміна внутрішньої енергії дорівнює кількості виконаної роботи. dU= - dW
Звідси випливає, що внутрішня енергія системи зменшується, і її падає.
Приклади адіабатичних процесів
Правильне і зворотне твердження: зниження тиску за відсутності теплообміну різко підвищує температуру системи. Приблизно так розширюється газ двигунах внутрішнього згоряння. У двигунах Дизеля горючий газ стискується у 15 разів. Короткочасне підвищення температури дозволяє горючій суміші самостійно спалахнути.
Можна розглянути ще один приклад адіабатичного процесу – вільне розширення газів. Для цього розглянемо таку установку, що складається із двох ємностей:
У першій ємності є газ, у другій відсутня. Повертаючи кран, ми досягнемо того, що газ заповнить весь відведений йому обсяг. За достатньої ізольованості системи температура газу залишиться незмінною. Оскільки газ не виконував жодної роботи, змінна dW= const. З'ясувалося, що з інших рівних умов температура газу при розширенні знижується. Розширення газу відбувається нерівномірно, тому на діаграмі "тиск-обсяг" цей процес не може бути представлений.
Перший початок термодинаміки є універсальним законом, що застосовується у всіх доступних для огляду процесах Всесвіту. Глибоке розуміння причин тих чи інших перетворень енергії дозволяє розуміти існуючі фізичні явищата відкривати нові закони.
Для систем, в яких брало істот, значення мають теплові процеси (поглинання або виділення тепла). Відповідно до першого початку термодинаміки, термодинамічні. система (напр., пар у тепловій машині) може виконувати роботу тільки за рахунок внутр. енергії або к.-л.
зовніш. джерела енергії. Перше початок термодинаміки часто формулюють як неможливість існування вічного двигуна першого роду, який робив би роботу, не черпаючи енергію з деякого джерела. П
Перше початок термодинаміки вводить уявлення про внутрішню енергію системи як ф-ції стану. При повідомленні системі деякого кол-ва теплоти Q відбувається зміна внутр. енергії системи DU та система здійснює роботу А:
зовніш. джерела енергії. Перше початок термодинаміки часто формулюють як неможливість існування вічного двигуна першого роду, який робив би роботу, не черпаючи енергію з деякого джерела. DU = Q + А.
ервое початок термодинаміки стверджує, кожен стан системи характеризується певним значенням внутр. енергії U незалежно від того, яким шляхом приведена система в даний стан.На відміну від значень U значення A і Q залежать від процесу, що спричинив зміну стану системи. Якщо початковий і кінцевий стани a і b нескінченно близькі (переходи між такими станами наз. инфи-нитезимальными процесами), перший початок термодинаміки записується як:
Із загальної кількості роботи, виробленої системою обсягу У, можна назвати роботу оборотного изотермич.
зовніш. джерела енергії. Перше початок термодинаміки часто формулюють як неможливість існування вічного двигуна першого роду, який робив би роботу, не черпаючи енергію з деякого джерела. розширення під дією зовніш. тиску p e , рівну p e V, і всі інші види роботи, кожен з яких брало можна уявити твором деякої узагальненої сили , що діє на систему з боку навколишнього середовища , на узагальнену координату x i , що змінюється під впливом відповідної узагальненої сили. Для інфінітезального процесу
Перший початок термодинаміки дозволяє розрахувати макс. роботу, що отримується при ізотерміч. розширення ідеального газу, ізотерміч.випаровуванні рідини при пост. тиску, встановлювати закони адіабатич. розширення газів та ін Перше початок термодинаміки є основою термохімії, що розглядає системи, в яких брало теплота поглинається або виділяється в результаті хім. р-цій, фазових перетвор. або розчинення (розведення розчинів).
Якщо система обмінюється з середовищем як енергією, а й у-вом (див. Відкрита система), зміна внутр. Енергія системи при переході з початкового стану в кінцеве включає крім роботи А і теплоти Q ще і т. зв. енергію маси Z. Нескінченно мала кількість енергії маси в инфинитезимальном процесі визначається хімічним. потенціалами m k кожного з компонентів системи: = , де dN k - нескінченно мала зміна числа молей k-го компонента в результаті обміну з середовищем.У разі квазістатич. процесу, при якому система в кожний момент часу знаходиться в рівновазі з навколишнім середовищем , перший початок термодинаміки в
загальному вигляді має слід. мат. вираз: