- •Лекция 1.
- •1.1.3. Точность расчетов.
- •1.2. Основные термодинамические понятия.
- •1.2.1. Термодинамическая система и внешняя среда.
- •2. Параметры состояния в термодинамике.
- •2.2. Классификация и систематизация термодинамических параметров состояния.
- •2.2.1. Потенциал.
- •2.2.2. Координата состояния.
- •3. Первый закон термодинамики – взаимные энергопревращения в термодинамических системах.
- •3.1. Количество воздействия.
- •3.2. Внутренняя энергия.
- •3.3. Первый закон термодинамики.
- •4. Уравнения состояния.
- •4. Размерности, измерение и расчет параметров состояния.
- •5. Статистическая физика и параметры состояния в термодинамике.
3. Первый закон термодинамики – взаимные энергопревращения в термодинамических системах.
3.1. Количество воздействия.
Воздействием внешней среды на термодинамическую систему мы назвали акт обмена энергией между двумя объектами. Поэтому естественной мерой воздействия является количество энергии, которой обменивается система с внешней средой. Формальную запись количества воздействия термодинамика позаимствовала у теоретической механики. В аппарате последней, как и в теории поля, термин потенциал относится к энергии рабочего тела, а не к его параметру.
Элементарным количеством воздействия данного рода называется произведение потенциала на приращение сопряженной координаты.
│dKd│ = pdv, дж/кг, │dKT│ = Tds, дж/кг, (1.7)
где К – количество воздействия, индексы «d» и «Т» - соответственно деформационное и термическое воздействие, │ │- символика абсолютного значения величины.
Здесь уместно отметить об отличии направления действия сил и потенциалов. В теоретической механике, которая возникла исторически ранее термодинамики, знак «+» был принят для работы расширения системы (dv > 0). В термодинамике для потока теплоты q от системы во внешнюю среду принимается знак «-« (ds < 0). Соответственно, если теплота подводится к системе из внешней среды, то ее знак принимается «+» и ds > 0.
Это же правило устанавливается строго термодинамически. Для записи в одном уравнении количеств воздействия Кd и КТ обмена системы с окружающей средой следует лишь вспомнить качественную связь между направлением действия движущей силы и изменением координаты. Действительно, при силовых взаимодействиях Xe > X (dX > 0) координата убывает (dx < 0), т.е. dK < 0 (знак минус). При потенциальных взаимодействиях для Ре > Р (dP > 0) координата возрастает и количество внешнего воздействия должно входить в уравнение со знаком «+». Иными словами, формально потенциал это минус сила.
3.2. Внутренняя энергия.
Внутренней энергией термодинамической системы называется сумма всех видов энергии в системе.
В школьном курсе физики различают два вида энергии: кинетическая и потенциальная. Под кинетической энергией понимают энергию движения конечного количества массы макротела в геометрическом пространстве. При этом различают движение поступательное, как движение центра масс, движение вращательное вокруг какой-то оси и движение колебательное, как перемещение частей массы относительно друг друга.
Разумеется, внутренняя энергия возрастает или убывает за счет потоков через границу рабочего тела (за счет количеств внешних воздействий между системой и внешней средой). Именно подобные энергетические преобразования по существу между каким-то внешним телом и рабочим телом увеличивают или уменьшают внутреннюю энергию. В самом веществе рабочего тела происходят структурно-энергетические преобразования. Последние адекватны роду (виду) взаимодействия. Если это электрические импульсы (за счет разности электрических потенциалов ΔV), то в системе происходит движение зарядов. Если воздействие на рабочее тело тепловое, то интенсифицируется движение молекул (растет их кинетическая энергия) и т.д.
Однако, термодинамика не занимается таким детальным рассмотрением роли и влияния на вещество видов энергии – это задача физики и физической химии.
Обозначение внутренней энергии в термодинамике – U дж или u = U/m дж/кг.