Теплота. Первый закон термодинамики

Помимо совершения работы существует второй способ изменения внутренней энергии макроскопической системы – теплопередача. Теплопередача – процесс изменения внутренней энергии, не связанный с действием на систему механических сил со стороны внешних тел. Теплопередача совершается либо при непосредственном контакте одного макроскопического тела с другим, либо в результате действия электромагнитного излучения, испущенного одним телом, на другое тело.

Изменение внутренней энергии системы в результате теплопередачи называется количеством теплоты Q, переданным этой системе. Согласно определению Q, единицей измерения количества теплоты в системе СИ является джоуль.

Из закона сохранения энергии следует, что при переходе макроскопической системы из состояния 1 в состояние 2 изменение ее внутренней энергии должно быть равно сумме работы , совершенной над системой внешними силами, и переданного системе количества теплоты Q: . Учитывая, что , где А – работа самой системы, данное равенство можно переписать в виде

. (3.9)

Равенство (3.9) выражает первый закон термодинамики: количество теплоты, полученное макросистемой, расходуется на приращение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

В дифференциальной форме первый закон термодинамики может быть записан как

или . (3.10)

Обратите внимание, что количество теплоты, также как и работа, не является функцией состояния системы, а определяется процессом, протекающим в системе. Проиллюстрируем это утверждение, получив выражения для количества теплоты, полученного идеальным газом в различных изопроцессах.

Изотермический процесс:

. В изотермическом процессе вся полученная газом теплота идет на совершение работы против внешних тел. Воспользовавшись формулой (3.7), получим:

. (3.11)

Изохорный процесс: .

В изохорном процессе вся полученная газом теплота расходуется на приращение его внутренней энергии. Согласно (3.3) имеем:

. (3.12)

Изобарный процесс: ,

, отсюда

. (3.13)

Задача 3.2. Какое количество теплоты Q необходимо сообщить молекулярному кислороду при изобарном нагревании, чтобы газ совершил работу Дж?