Первое начало термодинамики

Первое начало термодинамики – это закон сохранения и превращения энергии в термодинамических процессах.

Изменить внутреннюю энергию системы можно двумя способами: совершая над системой работу (например, сжимая газ в цилиндре с помощью поршня) или сообщая системе теплоту (например, нагревая газ в герметичном сосуде).

Рассмотрим замкнутую, макроскопически неподвижную систему, не находящуюся во внешних силовых полях и проанализируем с энергетической точки зрения равновесный процесс перехода системы из какого-либо первоначального состояния 1 в другое состояние 2.

Изменение внутренней энергии системы в таком процессе равно разности между количеством теплоты Q, полученным системой, и работой А, совершенной системой против внешних сил

или .

Первое начало термодинамики: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил.

В дифференциальной форме: ,

где dU (полный дифференциал) – бесконечно малое изменение внутренней энергии системы, - элементарная работа, - бесконечно малое количество теплоты и не являются полными дифференциалами.

Дело в том, что внутренняя энергия системы является однозначной функцией состояния системы. Отсюда следует, что при совершении системой произвольного процесса, в результате которого она вновь возвращается в исходное состояние, полное изменение внутренней энергии системы равно нулю ( ). Ни работа, ни теплота не являются функциями состояния системы.

Все величины, входящие в первое начало термодинамики могут быть как положительными, так и отрицательными.

Если к системе подводится теплота то > 0; если от системы отводится теплота, то < 0.

Если система совершает работу над внешними телами, то > 0, если же над системой внешние силы совершают работу, то < 0.

Другая формулировка первого начала термодинамики связана с тем, что если система периодически возвращается в первоначальное состояние, и, следовательно , то A = Q, т.е. вечный двигатель первого рода – периодически действующих двигатель, который совершал бы бóльшую работу, чем сообщенная ему извне энергия – невозможен.