Первое начало термодинамики

Первое начало термодинамики учитывает энергетический баланс системы. В этом суть первого начала термодинамики. Можно сказать, что первое начало термодинамики является законом сохранения энергии для термодинамических систем.

Для элементарного процесса первое начало термодинамики можно записать следующим образом: . Работа самого газа связана с работой внешних сил равенством . Тогда математическая запись первого начала термодинамики будет иметь вид: . Однако в тех случаях, когда происходит теплообмен и система получает (или отдаёт тепло), удобно записывать первое начало в виде:

(9-13)

Количество теплоты, полученное системой, в общем случае идёт на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы.

Для конечного процесса первое начало термодинамики можно записать так:

(9-14)

Первое начало термодинамики для изобарического процесса имеет вид:

для элементарного процесса , для конечного процесса , так как в ходе данного процесса изменяется температура газа и объём, следовательно, изменяется его внутренняя энергия и совершается работа.

Учитывая, что - функция состояния и определяется формулой (9-5), а работа А₁₂ –функция процесса и определяется формулой (9-10), получим для изобарического процесса:

(9-15)

При поступлении некоторого количества теплоты в систему, её температура возрастает, , и поступившее количество теплоты положительно .

Если система отдаёт некоторое количество теплоты, её температура понижается, , и отданное количество теплоты отрицательно .

Применим первое начало термодинамики к изохорическому процессу. При изохорическом процессе объём остаётся постоянным и , следовательно, работа газа равна нулю и первое начало термодинамики имеет вид для элементарного процесса и для конечного процесса . Всё количество теплоты, переданное системе (или отданное системой), идёт на изменение внутренней энергии системы. Учитывая выражение для изменения внутренней энергии, получим для изохорического процесса:

(9-16)

Применим первое начало термодинамики к изотермическому процессу, при котором температура неизменна, а, следовательно, внутренняя энергия системы не изменяется, всё полученное системой количество теплоты идёт на совершение системой макроскопической механической работы. В этом случае первое начало термодинамики имеет вид для элементарного процесса и для конечного процесса . С точки зрения преобразования теплоты в механическую работу, это самый выгодный процесс.