Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики очень тесно связан с законами сохранения и превращения энергии.

Огромную роль в формулировании этого закона сыграли Г.Гесс (1936), И.Maйер (1842), Д.Джоуль (1847), Г.Гельмгольц (1847).

Существует несколько формулировок 1-го закона термодинамики.

Например,

-В любой изолированной системе запас энергии остается постоянным.

-Невозможно создание вечного двигателя первого рода.

Для изучения термодинамики очень важнa следующая формулировка:

В любом процессе приращение внутренней энергии какой-либо системы DU=U₁ – U₂ равно количеству теплоты Q, сообщенному системе минус количество A работы совершенной системой

DU=Q – A

Для процессов, связанных с бесконечно малыми изменениями выражение 1-го закона термодинамики будет иметь вид: dU = dQ -dA

dU – полный дифференциал внутренней энергии, dQ и dA бесконечно малые количества теплоты и работы.

С помощью предыдущего уравнения можно дать определение внутренней энергии термодинамически, как величины, возрастание которой в течение процесса равно теплу принятого системой плюс работа, совершенная внешними силами над системой:

Если мы рассматриваем газообразные системы, то большинство процессов работа, совершаемая системой, – это работа против внешнего давления. В таком случае для изотермических процессов:

dA = PdV и A=PDV

И можно преобразовать формулу:

dU = dQ –PdV и DU=Q –PDV, гдe P -давление, V -объем системы.

Таким образом,

- для адиабатных процессов (dQ = 0) DU=А (система совершает работу за счет внутренней энергии;

-для изохорных процессов (V = const) dQ=dU и Q_V=DU(передача тепла системе идет на изменение внутренней энергии системы)

- для изобарных процессов (P = const) Q_P =DU + PDV=U₂-U₁ +P(V₂-V₁) = (U₂+PV₂)-(U₁-PV₁)=H₂-H₁=DH. Q_P =DH

гдe Q_P - тепловой эффект процесса при P=const,

Q_V тепловой эффект процесса при V=const.

Введем новое понятие : H это энтальпия – широко используемая термодинамическая функция, которая определяется следующем уравнением: H=U+PV. Энтальпия, как и внутренняя энергия, является функцией состояния.

В термодинамике положительное значение Q означает, что тепло поглощается системой, и отрицательное – когда выделяется.

Для процессов при постоянной температуре:

Q_P - Q_V = DH - DU = (и потом подставим значение DH)= PDV

Для идеальных газов PV=nRT (уравнение Менделеева-Клапейрона),

где n – число молей газа, R – универсальная газовая постоянная, T- абсолютная температура.

Таким образом, если в результате реакции n₁ молей газа использовались, и n₂ молей газообразных продуктов образовалось, тогда D(PV) = DnRT и DH=DU + DnRT.