Первое начало термодинамики для закрытой системы. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам

Термодинамикой называют раздел науки и техники, исследующий процессы преобразования и использования энергии. Первое начало термодинамики - представляет собой закон сохранения энергии. Он гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах.

Закрытая система — частично изолированная система, у которой отсутствует какой-либо обмен материей с окружающей средой. В полностью изолированной системе дополнительно отсутствует обмен энергией, а в замкнутой системе — отсутствует ещё и обмен информацией.

Если закрытая система проста, то есть содержит только один тип элементов (атомов или молекул), то количество этих элементов является постоянной величиной. Тем не менее, в системах, в которых могут идти химические реакции, могут существовать самые разные виды молекул, которые образуются и уничтожаются в процессе реакции. Поэтому, система остаётся закрытой в том случае, если общее количество каждых элементарных атомов сохраняется, независимо от того, частью какого типа молекул они являются.

Математически для каждого элемента в системе: , где

N_j — количество молекул типа j,

a_{ij} — количество атомов элемента i в молекуле j, и

b_i^0 — общее количество атомов элемента i в системе, которое остается постоянным, так как система закрытая.

Изолированными называют системы, которые не обмениваются с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Абсолютно изолированных систем не бывает. В изолированной системе общее изменение энтропии всегда положительно (то есть общая энтропия изолированной системы всегда возрастает). В изолированной системе общее изменение свободной энергии всегда отрицательно. В закрытых системах: изменение внутренней энергии; а)путем совершения работы(А); б)препятствует передачи тепла(Q). ∆U=Q-A

Тепло, переданное системе, идет на VB и совершение работы Q=∆U+A

+Q – тепло, поступающее в систему

-Q – тепло, отдаваемое системой

+A - работа совершаемая системой над телами

-А - работа совершаемая телами над системой

Применение первого начала термодинамики к изопроцессам

Применим первое начало термодинамики δQ = dU + δA к изопроцессам идеального газа (п. 3.1.4).

Изохорический процесс. Уравнение процесса Р/Т = const.

Так как изохорический процесс протекает при постоянном объеме (V = const), то δA = PdV = 0, т. е. в этом процессе газ работу над внешними телами не совершает. Сообщенная газу теплота идет на увеличение внутренней энергии (первое начало термодинамики):δQ = dU.

Но dU = CVdT, интегрируя данные выражения, получим формулу для расчета внутренней энергии

ΔU = U2 - U1 = CV(T2 - T1).

Используя уравнение Майера и показатель адиабаты γ = СР/СV для внутренней энергии получим...

Аналогичным образом применим первое начало термодинамики к остальным изопроцессам.