АНАЛИТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики является приложением закона сохранения и превращения энергии к тепловым явлениям. Напомним, что сущность закона сохранения и превращения энергии, являющегося основным законом естествознания, состоит в том, что энергия не создается из ничего и не исчезает бесследно, а превращается из одной формы в другую в строго определенных количествах.
Энергия— это свойство тел при определенных условиях совершать работу.
Содержание первого закона термодинамики можно формулировать таким образом: во всех тех случаях, когда исчезает некоторое количество тепла, возникает вполне определенное количество механической энергии (в виде совершенной работы) и, наоборот, при совершении какой-либо работы (за счет расходуемого при этом равного ей количества механической энергии) появляется вполне определенное количество тепла. Это утверждение носит название принципа эквивалентности тепла и работы.
Пусть некоторому рабочему телу с объемом V и массой m, имеющему температуру Т и давление P, сообщается извне бесконечно малое количество теплоты δQ. В результате подвода теплоты тело нагревается на dТ и увеличивается в объеме на dV
Повышение температуры тела свидетельствует об увеличении кинетической энергии его частиц. Увеличение объема тела приводит к изменению их потенциальной энергии. В результате внутренняя энергия тела увеличивается на dU. Поскольку рабочее тело окружено средой, которая оказывает на него давление, то при расширении оно производит механическую работу dL, против сил внешнего давления. Так как никаких других изменений в системе не происходит, то по закону сохранения энергии
dQ = dU + dL [30]
т. е. теплота, сообщаемая системе, идет на приращение ее внутренней энергии и на совершение внешней работы.
Полученное уравнение является математическим выражением первого закона термодинамики. Оно формулируется так: изменение внутренней энергии термодинамической системы равно алгебраической сумме полученной системой энергии в форме теплоты dQ и совершенной ею внешней работой dL, или подведенная к рабочему телу энергия в форме теплоты расходуется на изменение внутренней энергии тела и на совершение телом внешней работы.
Каждый из трех членов этого соотношения может быть положительным, отрицательным или равным нулю. Рассмотрим некоторые частные случаи.
1. dQ = 0 — теплообмен системы с окружающей средой отсутствует, т. е. теплота к системе не подводится и от нее не отводится. Процесс без теплообмена называется адиабатным. Для него уравнение (2.7) принимает вид
dL=-dU. [31]
Следовательно, работа расширения, совершаемая системой в адиабатном процессе, равна уменьшению внутренней энергии данной системы. При адиабатном сжатии рабочего тела затрачиваемая извне работа целиком идет на увеличение внутренней энергии системы.
2. dL = 0 — при этом объем тела не изменяется, dV = 0. Такой процесс называется изохорным, для него δQ = dU [32]
т. е. количество теплоты, подведенное к системе при постоянном объеме, равно увеличению внутренней энергии данной системы.
3. dU = 0 —внутренняя энергия системы не изменяется и δQ = δL
т. е. сообщаемая системе теплота превращается в эквивалентную ей внешнюю работу.
Дата добавления: 2014-12-24; просмотров: 6690;