Выражение закона сохранения энергии
Первое начало термодинамики — математическое выражение закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам в его наиболее общей форме. Открытию закона сохранения и превращения энергии предшествовали многочисленные экспериментальные и теоретические исследования в области физики и химии, развитие принципа, исключающего построение вечного двигателя первого рода (1775 г.), открытие закона Гесса (1840 г.) и принципа эквивалентности (1842-1850 гг.) как завершающего этапа в открытии закона сохранения энергии.
Суть I начала термодинамики заключается в том, что работа может совершаться только за счет теплоты или какой-либо другой формы энергии. Внутренняя энергия системы является однозначной функцией ее состояния и изменяется только под влиянием внешних воздействий. При этом все возможные виды внешнего энергетического взаимодействия сводятся лишь к передаче теплоты и работы. Это значит, что изменение внутренней энергии тела или системы тел (DU=U2-U1) равно алгебраической сумме подведенных извне количеств теплоты Q*1,2 и внешней работы (L*1,2), выполненной телом в процессе.
U2-U1=Q*1,2-AL*1,2; (3.31)
Q*1,2=U2-U1+AL*1,2 (3.32)
или в дифференциальной форме:
dQ*=dU+A×dL*, (3.33)
где А — тепловой эквивалент работы (далее его опускаем). А=1 Дж/(Н×м) в системе СИ; в МКСС А=1/427 ккал/(кг×м).
Уравнения первого начала термодинамики в приведенной форме называются уравнениями первого начала термодинамики по внешнему балансу теплоты и работы. Действительно, приведенные уравнения отражают только взаимодействие тел с окружающей системой. Они не учитывают и не отражают те необратимые потери, которые есть в реальных условиях взаимодействия тела с окружающей средой.
Внешняя (эффективная) работа dL* определяется разностью термодинамической работы dL и необратимых потерь работы dL**:
dL*=dL-dL**. (3.34)
Потерянная в необратимых процессах работа dL** полностью превращается в теплоту внутреннего теплообмена dQ**, которая передается этому же телу или телам внешней системы
dL**=dQ**>0. (3.35)
Следовательно, полное количество теплоты dQ, полученное телом, будет определяться как сумма теплоты dQ*, подведенной извне, и теплоты внутреннего теплообмена dQ**:
dQ=dQ*+dQ**
или dQ=dQ*+dQ**=dU+dL*+dL**;
dL*+dL**=dL;
dQ=dQ*+dQ**=dU+dL. (3.36)
Последнее уравнение называется уравнением первого начала по балансу рабочего тела. Оно может использоваться для анализа реальных процессов.
Дата добавления: 2015-10-13; просмотров: 974;