Перший закон термодинаміки

(Термодинамічні процеси)

Зміна параметрів системи при переході з одного стану в інший називається термодинамічним процесом. Параметри змінюються завдяки взаємодії системи з навколишнім середовищем, тобто внаслідок обміну енергією з ним. Приклад – стиск або розшир повітря поршнем в циліндрі. Внаслідок передачі деякої кількості механічної енергії будуть змінюватись параметри p, V, T і система перейде із одного стану в інший.

В 1850 році Клаузіус дав математичне доведення закону збереження енергії і пояснив особливості переходу теплової енергії в інші види енергії. Закон збереження і перетворення енергії є фундаментальним законом природи і має абсолютний характер. Він читається так:

в ізольованій системі енергія не зникає безслідно і не виникає, вона лише переходить із одного виду в інший. Загальна сума всіх видів енергії залишається незмінною.

Перший закон термодинаміки є одним із випадків закону збереження та перетворення енергії, який застосовують до процесів, що відбуваються у термодинамічних системах.

Перетворення енергії з одного виду до іншого здійснюється так званим робочим тілом. Наприклад водяною парою, повітрям або іншим матеріальним середовищем.

При перетворенні енергії частина її бере участь у зміні внутрішньої енергії робочого тіла.

Внутрішня енергія – це енергія міжмолекулярної взаємодії, кінетична енергія руху молекул, в електричних і хімічних процесах енергія зміни електричних оболонок, у ядерних – внутрішньоядерна енергія, тобто енергія яка змінюється при зміні температури.

Для термодинамічних процесів, в яких енергія підводиться або відводиться лише у вигляді роботи і теплоти: , дж

треба визначити через температуру, тиск та об’єм або інші параметри. Залежність між вихідною та перетвореною енергією (їх змінами у термодинамічному процесі), називається основною термодинамічною тотожністю.

Існує кілька основних термодинамічних процесів для яких перший закон термодинаміки записується по різному. Це процеси при постійному об’ємі (ізохорний), при постійному тиску (ізобарний), при постійній температурі (ізотермічний), та процес без зовнішнього теплообміну (адібатний).

Для ізохорного процесу перший закон термодинаміки має вигляд: , дж

Для ізобарного процесу: , дж Для ізотермічного процесу: , дж

Для адіабатного процесу: , дж

Також існує так званий політропний процес, при якому зміна стану робочого тіла відбувається при сталій теплоємності: , дж