§37. Количество теплоты и термодинамическая работа.

Определение: Термодинамической работой называется энергия, которая передаётся системе внешними телами в

результате их силового взаимодействия.

Определение:Работой теплового расширения называется работа, совершаемая системой против внешнего давле-

ния.

Элементарная работа теплового расширения:

Полная термодинамическая работа:

Баллон. Не любая термодинамическая работы связана с изменением объёма системы. Например, если

замкнутый объём перенести из невесомости на поверхность Земли, то внутри баллона произойдёт

изменение концентрации газа. Следовательно, над газом полем тяготения Земли была совершена

работа. Но эта работа не была связана с изменением объёма газа.

Определение:Количеством теплоты называется энергия передоваямая термодинамической системе внешними

телами в результате их теплообмена.

Теплообмен может происходить тремя способами:

1. Теплопроводность (см. §35);

2. Конвекция – передача энергии восходящими потоками нагретых слоёв газа или жидкости;

3. Излучение – передача энергии в форме электромагнитных волн.

Термодинамическая работа и количество теплоты – это величины, которые характеризуют термодинамические процессы. При отсутствии процесса работа и теплота теряют смысл. Следовательно, не одна система не может «накопить» термодинамическую работу или количество теплоты.

§38. Первое начало термодинамики.

Первое начало термодинамики является законом сохранения энергии для термодинамических процессов.

Формулировка:Количество теплоты, поступающее в систему от окружающих тел, идёт на изменение её внут-

ренней энергии и на совершение работы системой над окружающими телами.

Если , то теплота поступает в систему.

Если , то теплота уходит из системы в окружающую среду.

Если , то внутренняя энергия системы возрастает.

Если , то внутренняя энергия уменьшается.

Если , то работу совершает система над окружающими телами.

Если , то окружающие тела совершают работу над системой.

Пример:

Теплота поступает через нижнюю грань цилиндра, газ нагревается и поднимает поршень (рис. 1). Внешняя сила принудительно опускает поршень, в результате газ нагревается, и часть своей энергии отдаёт окружающей среде через нижний торец цилиндра (рис. 2).

Рис. 1 Рис. 2

Вторая формулировка первого начала термодинамики:Изменение внутренней энергии системы равно количеству теплоты выделившейся из неё в окружающую среду и работе, которую совершают внешние тела над системой.

- работа внешних тел над системой.

Первое начало термодинамики для бесконечно малого термодинамического процесса:

Данным видом первого начала термодинамики пользуются, когда применяют его для конечных термодинамических процессов.

Первое начало термодинамики запрещает существование вечных двигателей первого рода.

Определение:Вечным двигателем первого рода называются тепловые машины, которые совершают работу боль-

шую, чем количество теплоты в них поступившую (т.е. машины с к.п.д. > 100%).