9.3 Первый закон термодинамики

Количество теплоты, сообщённое системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил:

. (9.2)

Это частный случай закона сохранения и превращения энергии, записанный для термодинамической системы. Теплота и работа – две единственно возможные формы передачи энергии: теплота – микроскопическая форма, а работа – макроскопическая.

Обычно этот закон записывают для изменения состояния системы, вызванного сообщением ей малой теплоты совершением системой элементарной работы и приводящего к малому изменению внутренней энергии:

. (9.3)

Различие в записи малых величин теплоты работы и изменения внутренней энергии имеет не формальный характер, а выражает глубокое физическое различие этих величин.

Все величины, входящие в первое начало термодинамики могут быть положительными, отрицательными и равными нулю. Если к системе подводится теплота, то ; а если отводится, то .

Если система, например рабочее тело в периодически действующем двигателе, совершает круговой процесс , то и, следовательно, . Значит нельзя построить периодически действующий двигатель, который совершал бы работу большую, чем та энергия, которая подводится к двигателю извне. Невозможность создания вечного двигателя первого рода также является формулировкой первого закона термодинамики.

9.4 Графическое изображение термодинамических процессов и работы

Равновесные термодинамические процессы удобно изучать и сравнивать друг с другом, используя их графическое изображение. Для этого строят , и диаграммы. На диаграмме (рис.9.2) точки и характеризуют начальное и конечное состояния системы. Термодинамический процесс изображается кривой . Элементарная работа определяется площадью узкой закрашенной полоски на рисунке. Работа, совершаемая системой в процессе , равная ,

Р ис.9.2 Работа газа при изотермическом процессе

измеряется площадью под кривой _.Из рисунка видно, что величина работы зависит от того, каким образом система переходит из начального состояния в конечное, т. е. от вида процесса .

9.5. Теплоёмкость вещества

Одной из основных характеристик, описывающих тепловые свойства вещества, является его теплоёмкость – физическая величина, определяемая количеством теплоты , которое необходимо подвести к веществу или отнять от него для изменения его температуры на 1K:

. (9.4)

Теплоёмкость вещества зависит от его массы, химического состава, термодинамического состояния, а также от вида процесса передачи ему теплоты . Различают удельную ( ) и молярную ( ) теплоемкости. Это теплоемкости единицы массы вещества и 1 моля вещества: