Первое начало термодинамики.
Первый закон термодинамики, установленный на основании многочисленных опытов, утверждает, что изменение внутренней энергии ΔU системы равно сумме совершаемой над системой работы A' внешних сил и количества теплоты Q, переданного системе извне.
|
|
.
По сути дела, формулировка 1-го начала термодинамики послужила основанием для утверждения в физике понятия "энергия". С той поры оно заняло центральное место в физике, отодвинув на второй план введенное Ньютоном понятие "сила". Признание энергии как наиболее общего понятия, позволяющего рассматривать с единой точки зрения все явления и процессы, следует признать основным достижением науки XIX в.
Теплоемкость. Уравнение Майера.
Теплоёмкость тела характеризуется количеством теплоты, необходимой для нагревания этого тела на один градус:
|
|
|
(4.2.1) |
Размерность теплоемкости: [C] = Дж/К.
Однако, теплоёмкость – величина неопределённая, поэтому пользуются понятиями удельной и молярной теплоёмкости.
Удельная теплоёмкость (Суд) есть количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на 1 градус [Cуд] = Дж/К.
Для газов удобно пользоваться молярной теплоемкостью Cμ- количество теплоты, необходимое для нагревания 1 моля газа на 1 градус:
|
|
|
(4.2.2) |
[Cμ] = Дж/(моль×К).
Из
основного уравнения молекулярно-кинетической
теории 
.
При изобарическом процессе Р = const.
Следовательно, из (4.2.7) получим:
|
|
|
(4.2.8) |
.Это уравнение Майера для одного моля газа.
Из этого следует, что физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что R – численно равна работе, совершаемой одним молем газа при нагревании на один градус в изобарическом процессе.
Используя это соотношение, Роберт Майер в 1842 г. вычислил механический эквивалент теплоты: 1 кал = 4,19 Дж.
Полезно знать формулу Майера для удельных теплоёмкостей:
|
|
|
|
.или
|
|
.
Работа газа при изменении его объема.
Газ оказывает давление на любую стенку сосуда. Если стенка подвижна, то сила давления F совершит работу A, переместив поршень на расстояние DL.
Если DL невелико, то давление газа останется примерно постоянным. Тогда работа будет равна:
A = F·DL·cosa = P·S·DL, где S - площадь поршня, a - угол между направлением силы и перемещением поршня (a = 0).
Произведение S·DL равно изменению объема газа DV от начального V1 до конечного V2значения, т.е. S·DL =DV = V1 - V2. Тогда
A = P·(V2 - V1) = P·DV.
В изобарном процессе расширения газа P = const. Следовательно, при любом сколь угодно большом увеличении объема сила давления газа на поршень будет постоянной, и формула работы сохранит свой вид
A = P·(V2 - V1).