2. Первое начало термодинамики.

Первое начало (первый закон) термодинамики непосредственно связан с законом сохранения энергии, устанавливающим эквивалентность различных ее форм.

Первый закон устанавливает связь между количеством теплоты полученной или излученной системой, количеством произведенной или воспринятой системой работы и изменением внутренней энергии системы.

Для изолированной системы справедливо условие:

U = const, dU = 0. (1.6)

Изменение внутренней энергии (dU 0) может происходить за счет подвода к системе некоторого количества теплоты из окружающей среды или отвода теплоты из системы. Подвод теплоты увеличивает запас внутренней энергии, а отвод наоборот, уменьшает его.

Запас внутренней энергии может изменяться и в результате работы, совершаемой системой или производимой внешними силами над системой: если система работает против внешних сил, то ее внутренняя энергия уменьшается, а если работа совершается внешними силами над системой, то ее внутренняя энергия увеличивается.

Обобщая вышеизложенные позиции, первое начало термодинамики можно представить в виде соотношения:

. (1.7)

Это соотношение - уравнение первого начала термодинамики в интегральной форме записи, читающееся следующим образом: внутренняя энергия системы увеличивается при подводе теплоты к ситеме или совершении работы над системой. Первое начало в дифференциальной форме записи имеет вид:

. (1.8)

Иная форма записи первого начала термодинамики:

, (1.9)

, (1.10)

из которой следует, что теплота, подводимая к системе, расходуется на увеличение внутренней энергии и на работу, совершаемую системой.

Первый закон термодинамики имеет и такие формулировки:

• разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных, всегда одинаковых соотношениях;

• невозможен вечный двигатель I рода, т. е. Такая вечно действующая машина, которая совершает полезную работу без затрат энергии извне.

3. Применение первого начала к характеристике идеальных термодинамических процессов.

В термодинамике для иллюстрации различных ее положений широко используется модель, называемая "цилиндром с поршнем". При изменении объема газа совершается работа:

, (1.11)

где р - давление газа под поршнем.

В случае изотермического процесса:

(1.12)

и уравнение первого начала принимает вид:

. (1.13)

Так как в соответствии с законом Джоуля U = f (T), то вся поглощаемая системой теплота расходуется на совершение системой работы.

В случае изохорного процесса dV = 0 и уравнение первого начала выглядит:

, (1.14)

т. е. вся поглощенная системой теплота тратится на приращение внутренней энергии системы.

В случае изобарного процесса (p = const):

,

где U + pV = H,

поэтому окончательно получаем:

, (1.15)

т. е. теплота, подведенная к системе, расходуется на приращение энтальпии системы.

Для случая адиабатического процесса (система изолирована от окружающей среды) и уравнение первого начала запишется в виде:

, (1.16)

т. е. увеличение внутренней энергии происходит за счет работы, совершаемой над системой.