Вопрос 43: Первый закон термодинамики.

Всякую термодинамическую систему можно характеризовать внутрен-ней энергией U, которая зависит от состояния этой системы. Такие величины, которые определяются только состоянием системы и не зависят от того, как оно получено, называют функциями состояния. В термодинамике, не рас-сматривающей химические реакции, перестройки структуры электронных оболочек атомов и ядерные процессы, под внутренней энергией понимается сумма кинетической энергии движения молекул (поступательного, враща-тельного и колебательного) и потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия.

Изменить внутреннюю энергию системы можно двумя способами: со-вершением работы или теплообменом. При совершении работы изменяются внешние параметры системы, например работа расширения газа A  pdV .

Считается, что работа A системы над внешними телами положительна, а работа A внешних тел над системой отрицательна. При теплообмене про-исходит передача энергии от более нагретых тел к менее нагретым без изме-нения внешних параметров. Теплообмен может осуществляться тремя спосо-бами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Количественно пере-данная энергия при этом характеризуется количеством теплоты Q . В отли-

чие от внутренней энергии, изменение которой dU определяется изменением состояния системы, работа A и количество теплоты Q зависят от происхо-

дящего с системой процесса. Поскольку А и Q при этом не являются полны-ми дифференциалами каких-либо функций, для их изменения используется знак δ. Для изменения внутренней энергии используется знак полного диф-ференциала d.

Первый закон термодинамики гласит: теплота, сообщаемая системе,

расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение ею работы против внешних сил:Q U  A .	(2.46)
В дифференциальной форме соотношение (2.46) записывают как
Q  dU A .	(2.47)

Первый закон термодинамики, по-существу, является законом сохра-нения энергии применительно к термодинамическим процессам.

Термодинамические процессы
удобно изображать в координатах, свя-	P
зывающих два параметра системы. На-
пример, состояние газа можно изобра-
жать в координатах p-V, V-T, p-T. Гра-
фики процессов в таких координатах
называют диаграммами. Одна из таких			V
диаграмм, а именно p-V, удобна для
представления процесса, в котором
нужно рассчитывать работу (рис. 2.4).

П оскольку A  pdV , то полная работа равна площади криволинейной тра-

пеции, ограниченной осью абсцисс, графиком процесса p(V) и вертикальны-ми линиями V₁ и V₂ :