Pierwsza zasada termodynamiki jest początkiem wszystkiego, co istnieje

Przedmiotem badań termodynamiki jest energiawe wszystkich jego przejawach i, co najważniejsze, przemianach energii z jednego gatunku na drugi. Tak się złożyło, że samo określenie powstało na początku badań naukowych w dziedzinie energii, a w tym czasie lista różnych rodzajów energii była wciąż niewielka - mechaniczna i termiczna. Dlatego nazwa "termodynamika" najdokładniej odzwierciedlała istotę podmiotu - ruch (przenoszenie) i przekształcanie ciepła w pracę mechaniczną i odwrotnie. Stopniowo pojawiały się pojęcia charakteryzujące procesy termiczne: ciepło syntezy termicznej, pojemność cieplna i wreszcie jednostka do pomiaru ilości ciepła - kalorii (1772, M. Wilke). Mnóstwo czasu minie i zostanie sformułowana pierwsza zasada termodynamiki, ale każdy krok był wynikiem żmudnej pracy wielu badaczy.

Aby studiować prawa termodynamikiniektóre konwencje, które umożliwiają wyizolowanie badanego obiektu i określenie jego właściwości do zbadania. Obiekty badane są reprezentowane jako systemy zamknięte z ogromnej liczby cząstek. Jeśli w systemie można określić granice pewnej objętości, wówczas nazywa się to ciałem. Tak oto pojawił się główny uczestnik działania termodynamicznego: układ cząsteczek, zamknięty w pewnej objętości, jest gazem idealnym. W procesie przemian energetycznych układ termodynamiczny zmienia swój stan, a zmiany te opisywane są za pomocą zestawu pojęć - parametrów procesu. Jeżeli temperatura T, objętość V i ciśnienie P są przyjmowane jako parametry, to są one wystarczające do opisania dowolnego procesu termodynamicznego. Wszystkie systemy są rozpatrywane tylko dla stanów równowagi. Ustalenie równowagi, na przykład ciepła, jest procesem wymiany ciepła - coś się ochładza, a coś się nagrzewa. W tym samym czasie ilości "otrzymane-otrzymane", jako pierwsza zasada stanów termodynamicznych, będą takie same. I tu leży główne zadanie, które naukowcy rozwiązują od wieków: poszukiwanie uczestników wymiany energii i określenie ich roli w procesie.

Podstawa teoretycznego aparatu termodynamikitworzą 3 prawa. Zakłada się, że ciało może absorbować energię poprzez zwiększenie jej wewnętrznego (na przykład ogrzewania) i / lub z powodu swojej wewnętrznej energii do pracy nad pokonaniem sił zewnętrznych (na przykład, popychając tłok). W związku z tym, pierwsza zasada termodynamiki traktuje się w następujący sposób: zmiana energii wewnętrznej korpusu U jest sumą energii pochłanianej energii Q i ich siły zewnętrzne A. Matematycznie jest to wyrażone przez nieskończenie małych zmian w następujący sposób:

dU = dQ + dA (1)

W rzeczywistości jest to prawo zachowania energii, możemy powiedzieć, prawo bytu.

Cechy procesów termodynamicznych są zwyklerozważyć na modelu, w którym idealny gaz jest pobierany przez ciało robocze, które może być ogrzewane i / lub obsługiwane mechanicznie przez siły zewnętrzne (sprężanie-rozprężanie) nad tłokiem, a jednym z parametrów jest ciśnienie P, objętość V lub temperatura T jest równa stałej. Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do izoprocesów umożliwia określenie źródeł odbiorników energii dla określonych warunków.

Proces izochoryczny oznacza, że ​​V = const. Konsekwencją jest to, że praca mechaniczna nie jest dostępna, ponieważ objętość się nie zmienia, z powodu ogrzewania zmienia się tylko energia wewnętrzna, a następnie: dA = pdV = 0, a zatem dU = dQ i można ją określić na podstawie zależności:

dQ = (m / M) * CV * dT (2)

Tak więc proces izochoryczny jest spowodowany wzrostem temperatury.

Proces izobaryczny zakłada p = const, i towarunek jest spełniony, jeśli medium robocze wykonuje pracę mechaniczną podczas ogrzewania, na przykład poruszając tłok. Jeśli na przemian stosuje się wyrażenia dla energii grzewczej i równania Mendelejewa-Kleiperona, możemy łatwo uzyskać wyrażenie do obliczenia pracy mechanicznej gazu:

A = (m / M) * R * (T2-T1) (3)

R jest stałą gazu i oznaczazwiększyć objętość gazu w ilości jednego mola, jeżeli temperatura zmienia się o jeden stopień Kelvina. Wniosek: w procesie izobarycznym gaz jest uzupełniany energią grzewczą (2) i pochłania część zwiększonej energii wewnętrznej poprzez ekspansję (3).

Proces, w którym T = const, w termodynamicenazywa się izotermą. Jego istota polega na tym, że energia wewnętrzna otrzymywana z powodu ogrzewania jest całkowicie wydatkowana na pracę nad pokonaniem sił zewnętrznych. Pierwsza zasada termodynamiki dla izoprocesów sugeruje, że w celu utrzymania stałej temperatury ciała jej energia wewnętrzna rekompensuje koszty wykonywania pracy mechanicznej i zależy od zmiany ciśnienia. Oblicz te koszty energii mogą pochodzić z wyrażenia:

Q = A = (m / M) * R * T * (ln (p1 / p2)).