Учебное особие по физике

Первый закон термодинамики

Первый закон (первое начало) термодинамики — это закон сохранения и превращения энергии в применении к тепловым процессам.

Если механическая энергия системы не изменяется, а система не замкнута и между ней и окружающей средой происходит теплообмен, то изменяется внутренняя энергия:

Уравнение (1) — первый закон термодинамики, который формулируется так: изменение внутренней энергии при переходе термодинамической системы из одного состояния в другое равно работе внешних сил и количеству теплоты, переданному термодинамической системе в процессе теплообмена.

Если вместо работы внешних сил ввести работу A системы над внешними телами , то выражение (1) запишется:

Тогда первый закон термодинамики можно сформулировать так: количество теплоты, сообщенное термодинамической системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы системой против внешних сил.

Из первого закона термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя первого рода, т.е. такого двигателя, который совершал бы работу без затраты энергии извне.

Действительно, если к системе не подводится энергия (Q = 0), то и работа может быть совершена за счет убыли внутренней энергии системы. После того как запас энергии окажется исчерпанным, двигатель перестанет работать.

Если система замкнута и теплоизолирована (Q = 0), то первый закон термодинамики будет иметь вид:

Если в такой системе имеются тела с различной температурой, то между ними будет происходить теплообмен: тела, у которых температура выше, будут отдавать энергию и охлаждаться, а тела с меньшей температурой будут получать энергию и нагреваться. Это будет происходить до тех пор, пока температуры у всех тел не станут одинаковыми. При этом

или

Первый закон термодинамики (3) для замкнутой и адиабатически изолированной системы называют уравнением теплового баланса. Выражение (3) представляет собой алгебраическую сумму: слагаемые, соответствующие нагреванию, парообразованию, плавлению, положительны, а соответствующие охлаждению, конденсации, кристаллизации, — отрицательны.