ТЕПЛОТА

Передача энергии в процессе от одного тела к другому может про­исходить двумя способами.

Первый способ передачи энергии реализуется при непосредственном контакте тел, имеющих различную температуру, путем обмена кинетической энергией между молекулами соприкасаю­щихся тел. При этом энергия передается от более нагретого тела к менее нагретому, т. е. от тела, имеющего большую среднюю кинетическую энергию молекул, к телу, с меньшей средней кинетической энергией молекул. Количество энергии, переданной первым способом от одного тела к другому, называют количеством теплоты, а сам способ — пе­редачей энергии в форме теплоты. Количество энергии, полученное телом в форме теплоты, будем в дальнейшем называть подведенной (сообщенной) теплотой, а количество энергии, отданное телом в форме теплоты, — отведенной (отнятой) теплотой.

Теплота, так же как и любая энергия, измеряется в джоулях или килоджоулях. Принято обозначать произвольное количество теплоты через Q, а удельное (отнесенное к 1 кг) — через q. Подведенная тепло­та считается положительной, отведенная — отрицательной.

Второй способ передачи энергии связан с нали­чием силовых полей или внешнего давления. Для передачи энергии этим способом тело должно либо передвигаться в силовом поле, либо изменять свой объем под действием внешнего давления. Иначе говоря, передача энергии в этом случае происходит при условии перемещения всего тела или его части в пространстве.

Этот способ называется передачей энергии в форме работы, а коли­чество переданной энергии в процессе — работой.

Количество энергии, полученное телом в форме работы, будем на­зывать далее совершенной над телом работой, а отданную энергию в форме работы — затраченной телом работой. Работа также измеряет­ся в джоулях или килоджоулях. Затраченная телом работа считается положительной, а совершенная над телом работа — отрицательной.

Произвольное количество энергии, переданное в форме работы, обозначают через L, а удельное — через l.

В общем случае передача энергии в форме теплоты и в форме работы может происходить одновременно. При этом важно отметить, что в раз­личных термодинамических процессах в зависимости от условий их протекания количество теплоты и работы будет различно.

Следовательно, теплота и работа характеризуют качественно и ко­личественно две различные формы передачи движения от одних тел материального мира к другим.

Помимо макрофизической формы пе­редачи энергии — работы существует также и микрофизическая, т. е. осуще­ствляемая на молекулярном уровне фор­ма обмена энергией между системой и окружающей средой. В этом случае энергия может быть передана системе без совершения работы. Мерой количест­ва энергии, переданной микрофизиче­ским путем, служит теплота. Теплота может передаваться либо при непосредственном контакте между телами (теплопроводностью, конвек­цией), либо на расстоянии (излучением), причем во всех случаях этот процесс возможен только при наличии разности температур между телами.

Как будет показано ниже, элементар­ное количество теплоты δQ, так же как и δL, не является полным дифференциа­лом в отличие от дифференциала внут­ренней энергии dU. За этой математиче­ской символикой скрыт глубокий физиче­ский смысл различия понятий внутрен­ней энергии, теплоты и работы.

Внутренняя энергия — это свойство самой системы, она характеризует состо­яние системы. Теплота и работа — это энергетические характеристики процес­сов механического и теплового взаи­модействий системы с окружающей средой. Они характеризуют те количест­ва энергии, которые переданы системе или отданы ею через ее границы в опре­деленном процессе.