- Определение первого закона термодинамики
- Формула первого закона термодинамики
- Процессы первого закона термодинамики
- Первый закон термодинамики для изохорного процесса
- Первый закон термодинамики для изобарного процесса
- Применение первого закона термодинамики
- Первый закон термодинамики, видео
содержание:
Определение первого закона термодинамики
Простую формулировку первого закона термодинамики может звучать примерно так: изменение внутренней энергии той или иной системы возможно только при внешнем воздействии. То есть другими словами, чтобы в системе произошли какие-то изменения необходимо приложить определенные усилия извне. В народной мудрости своеобразным выражением первого закона термодинамики могут служить пословица - «под лежачий камень вода не течет», «без труда не вытащишь рыбку из пруда», и тому подобное. То есть на примере пословица про рыбку и труд, можно представить, что рыбка и наша условно закрытая система, в ней не произойдет никаких изменений (рыбка сама себя не вытянет из пруда) без нашего внешнего воздействия и участия (труда).
Интересный факт: именно первый закон термодинамики устанавливает, почему потерпели неудачу все многочисленные попытки ученых, исследователей, изобретателей изобрести «вечный двигатель», ведь его существование абсолютно невозможным согласно этому же закону, почему, смотрите абзац выше.
В начале нашей статьи было максимального простое определение первого закона термодинамики, в действительности в академической науке существует целых четыре формулировка сути данного закона:
- Энергия ниоткуда не появляется и ни куда не пропадает, она лишь переходит из одного вида в другой (закон сохранения энергии).
- Количество теплоты, полученной системой, идет на совершение ее работы против внешних сил и изменение внутренней энергии.
- Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданной системе, и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход.
- Изменение внутренней энергии неизолированной термодинамической системой равна разнице между количеством теплоты, переданной системе, и работой, совершенной системой над внешними силами.
Формула первого закона термодинамики
Формулу первого закона термодинамики можно записать следующим образом:
Q = ΔU + A
Количество теплоты Q, передается системе равен сумме изменения ее внутренней энергии ΔU и работы A.
Процессы первого закона термодинамики
Также первый закон термодинамики имеет свои нюансы в зависимости от имеющихся термодинамических процессов, которые могут быть изохронными и изобарно, и ниже мы подробно опишем каждый из них.
Первый закон термодинамики для изохорного процесса
Изохорным процессом в термодинамике называют процесс, происходящий при постоянном объеме. То есть, если любом в газе или жидкости нагреть вещество в сосуде, состоится изохорный процесс, так как объем вещества останется неизменным. Это условие влияет и на первый закон термодинамики, проходит при изохорном процессе.
В изохорном процессе объем V является константой, следовательно, газ работы не оказывает A = 0
Из этого следует следующая формула:
Q = ΔU = U (T2) - U (T1).
Здесь U (T1) и U (T2) - внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q> 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q <0).
Первый закон термодинамики для изобарного процесса
Аналогично изобарным процессом называется термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и массе газа. Итак, в изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается следующим уравнением первого закона термодинамики:
A = p (V2 - V1) = p ΔV.
Изобарный первый закон термодинамики дает:
Q = U (T2) - U (T1) + p (V2 - V1) = ΔU + p ΔV.
При изобарном расширении Q> 0 - тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q
Применение первого закона термодинамики
Первый закон термодинамики имеет практическое применение в различных процессах в физике, например, позволяет вычислить идеальные параметры газа при различных тепловых и механических процессах. Кроме чисто практического применения можно этому закону найти применение и философское ведь что ни говори, но первый закон термодинамики является выражением одного из наиболее общих законов природы - закон сохранения энергии. Еще Экклезиаст писал, что ничто ниоткуда не появляется и никуда не уходит, все находится вечно, постоянно трансформируясь, в этом и кроется вся суть первого закона термодинамики.
Первый закон термодинамики, видео
И в завершение нашей статьи вашему вниманию образовательное видео первый законе термодинамики и внутреннюю энергию.
Эта статья доступна на английском языке -
First Law of Thermodynamics.
