Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.

Первый закон термодинамики Необратимость тепловых процессов. Формулировка и уравнение первого закона термодинамики. Решение задач. Обратимые и необратимые процессы их примеры

Существует две формы передачи энергии от одних тел к другим —

это совершение работы одних тел над другими

- передача теплоты.

Энергия механического движения может переходить в энергию теплового движения и наоборот. В таких переходах энергии выполняется закон сохранения энергии. В применении к процессам, рассматриваемым в термодинамике, закон сохранения энергии именуется первым законом (или первым началом) термодинамики. Этот закон является обобщением эмпирических данных.

Простая формулировка первого закона термодинамики может звучать примерно так: -------- изменение внутренней энергии той или иной системы возможно исключительно при внешнем воздействии.

То есть другими словами, чтобы

в системе произошли какие-то изменения необходимо приложить определенные усилия извне.

В народной мудрости своеобразным выражением первого закона термодинамики могут служить пословицы – «под лежачий камень вода не течет», «без труда не вытащишь рыбку из пруда» и прочая. То есть на примере пословицы про рыбку и труд, можно представить, что рыбка и есть наша условно закрытая система, в ней не произойдет никаких изменений (рыбка сама себя не вытащит из пруда) без нашего внешнего воздействия и участия (труда).

именно первый закон термодинамики устанавливает, почему потерпели неудачу все многочисленные попытки ученых, исследователей, изобретателей изобрести «вечный двигатель», ведь его существование является абсолютно невозможным согласно этому самому закону,

в науке существует целых четыре формулировки сути данного закона:

§ Энергия ни откуда не появляется и ни куда не пропадает, она лишь переходит из одного вида в другой (закон сохранения энергии).

§ Количество теплоты, полученной системой, идет на совершение ее работы против внешних сил и изменение внутренней энергии.

§ Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданной системе, и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход.

§ Изменение внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты, переданной системе, и работой, совершенной системой над внешними силами.

Формулу первого закона термодинамики можно записать таким образом:

Q = ΔU + A

Количество теплоты Q, передаваемое системе равно суме изменения ее внутренней энергии ΔU и работы A.

Также первый закон термодинамики имеет свои нюансы в зависимости от проходящих термодинамических процессов, которые могут быть изохронными и изобарными, и ниже мы детально опишем о каждом из них.

Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.

1. Изотермический процесс. Т = const. Изотермический процесс — это процесс, происходящий при постоянной температуре. С учётом того, что количество газа также неизменно, становится ясно, что так как внутренняя энергия зависит от температуры и количества газа, то в этом процессе она не изменяется,

∆T = 0; ∆U =0, Q = A^/

1. Изохорный процесс. Изохорный процесс — это процесс, происходящий при постоянном объёме. То есть в этом процессе газ не расширяется и не сжимается, а значит не совершается работа ни газом, ни над газом,

∆V = 0; A^/=0.

Q = ∆U.

1. Изобарный процесс. Изобарный процесс — это процесс, при котором давление газа неизменно, но и температура, и объём изменяются,

Р = const; A^/>0, ∆U>0

Q = ∆U + A^/.

Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, получим

υR(T₂ – Т₁) = P(V₂-V₁) = P∙∆V;

Подстановка в уравнение первого закона термодинамики количества теплоты дает

1. Адиабатный процесс. Адиабатный процесс — это процесс, при котором теплообмен газа с окружающей средой отсутствует (либо газ находится в теплоизолированном сосуде, либо процесс его расширения или сжатия происходит очень быстро).

. Q = 0.

Тогда система может совершать работу либо за счет уменьшения внутренней энергии (газ расширяется)

A^/= - ∆U,

либо за счет работы внешних тел над системой (происходит сжатие газа)

А = ∆U.

12 Следующая ⇒