3.1. Перший принцип термодинаміки і його застосування. Оборотні ті необоротні процеси. Основні термодинамічні процеси.

Ізотермічний процес (коли Т=const) описується законом Бойля-Мараотта: .

Ізохорний процес (коли V=const) описується законом Шарля: . Ізобарний процес (коли Р=const) описується законом Гей-Люссака

Сукупність фізичних тіл, ізольованих від взаємодій з іншими тілами називаються ізольованою термодинамічною системою. Будь-яка зміна, яка відбувається в термодинамічній системі, наз. термодинамічним процесом. У загальному випадку внутрішня енергія неізольованої термодинамічної системи може змінюватися як за рахунок роботи зовнішніх сил так і за рахунок теплообміну з навколишніми тіами. Обставина, що стан термод. с-ми можна змінити 2 способами стало причиною виникнення питання про еквівалентність роботи і теплоти. Вважається, що проблему еквівалентності розв’язали 3 вчених: Роберт Майєр, Джеймс Джоуль і Герман Гольмгольц.

Дослідження цих вчених привели до висновку, що певна робота завжди еквівалентна певній кількості теплоти. Принцип еквівалентності роботи і теплоти тісно пов’язаний з законом збереження для термод. с-ми. Цей закон можна формулювати по різному. Різні формулювання його відображають лише ті або інші сторони цього закону. Одне з формулювань

1 закону термодин. таке: неможливе виникнення або зміщення енергії.

Це означає, що зміна енергії с-ми під час процесу = кількості енергії, яку с-ма отримує від оточуючого середовища. Для того щоб застосувати 1 принцип для вивчення конкретних процесів термод. систем йому потрібно дати кількісне формулювання.

З принципу еквівалентності теплоти і роботи алгебраїчна сума теплоти і роботи не залежить від шляху переходу термод. с-ми з початкового стану в кінцевий, а визначається самими цими станами.

За своїми властивостями згадана алгебраїчна сума =зміні ф-ії стану, яку наз. внутрішньою енергією. Тому наведене вище формулювання еквівалентне такому твердженню: кожна механічна енергія хар-ється функцією стану, яка змінюється лише під впливом зовнішніх дій і наз. внутрішньою енергією.

Два попередні твердження можна аналогічно записати так: ; - інтегр. форма.

Твердження, що елементарний приріст внутрішньої енергії є повний диференціал, само по собі є формулюванням 1 закону термод.

Якщо відбувається круговий процес 1231 то тоді .

Останнє означає, що с-ма не може виконати роботу більшу ніж та теплота, яку вона одержує від нагрівача.

Якщо с-ма – тепловий двигун, то 1 принцип т. форм. так: неможливий вічний двигун 1-го роду.

.

Для теплового двигуна який виконує роботу за рахунок теплоти одержаної від нагрівача, 1 принцип термод. записується так: : теплота одержана від нагрівача витрачається на використання роботи і збільшення внутрішньої енергії робочого тіла.

Приклад який ілюструє цю формулу – це виконання роботи газом у циліндрі під поршнем. ,

Закон збереження енергії, поширений на теплові явища, називають першим законом термодинаміки.

За допомогою першого закону термодинаміки можна робити важливі висновки про характер процесів, що відбуваються. Розрізняють різні процеси, під час перебігу яких одна з фізичних величин залишається незмінною (ізопроцеси).

За допомогою першого закону термодинаміки можна робити важливі висновки про характер процесів, що відбуваються. Розрізняють різні процеси, під час перебігу яких одна з фізичних величин залишається незмінною (ізопроцеси).

Якщо термодинамічною системою є ідеальний газ і його об'єм не змінюється, (ізохорний процес), то A' = 0, а зміна внутрішньої енергії, згідно Q = dU + A дорівнюватиме кількості теплоти: dU = Q.

Ізотермічний процес. Якщо T = const внутрішня енергія системи не змінюється. Уся передана газу кількість теплоти витрачається на виконання роботи над зовнішніми тілами: Q = A

Ізобарний процес. Кількість теплоти Q, передана газу за сталого тиску, витрачається на зміну його внутрішньої енергії і на виконання ним роботи над зовнішніми тілами: Q = dU + A

Адіабатний процес - процес, що відбувається в теплоізольованій системі (немає обміну енергією із зовнішніми тілами). При цьому Q = 0 і змінити внутрішню енергію системи можна лише за рахунок виконання над нею роботи: dU = A

Термодин. процеси поділяються на: оборотні; необоротні. Оборотні наз. процеси, які від початку до кінця, а потім від кінця до початку проходять через одні і ті ж рівноважні стани. Необоротні процеси – це процеси, які можуть довільно відбуватися лише в одному певному напрямі. Рівноважні процеси – оборотні, не рівноважні процеси – не оборотні. Процес наз. рівноважним, якщо швидкість його протікання .