Первый закон термодинамики - основа ТД теории. По существу - это закон сохранения и превращения энергии: "Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах".
Для ТД процессов закон устанавливает взаимосвязь между теплотой, работой и изменением внутренней энергии ТД системы: теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение энергии системы и совершение работы.
Уравнение первого закона ТД:
, (2.1)
где Q - количество теплоты, подведенной (отведенной) к системе; L - работа, совершенная системой (над системой); U 2 - U 1 - изменение внутренней энергии в данном процессе.
Если Q> 0 - теплота подводится к системе;
Q< 0 - теплота отводится от системы;
L> 0 - работа совершается системой;
L <0 - работа совершается над системой.
Для единицы массы вещества уравнение первого закона ТД:
q = Q / m = (u 2 - u 1) + l. (2.2)
1-й закон ТД утверждает, что для получения полезной работы L к непрерывно действующему тепловому двигателю надо подводить теплоту Q.
Двигатель, постоянно производящий работу и не потребляющий никакой энергии, называется «вечным двигателем I рода».
Используя введённый термин, можно сформулировать 1-й закон ТД так: вечный двигатель первого рода невозможен.
Теплоемкость газа
Истинная теплоемкость рабочего тела - отношение количества теплоты, подведенной (отведенной) к рабочему телу в ТД процессе, к вызванному этим изменению температуры тела:
С = dQ / dT, [Дж/К]. (2.3)
Теплоемкость зависит от внешних условий и характера процесса, при котором происходит подвод или отвод теплоты.
Различают удельные теплоемкости:
массовую
с=С / m, [Дж/(кг∙K)]; (2.4)
молярную
сμ=С / υ, [Дж/(моль∙K)]; (2.5)
объемную
с′=С / V=с·ρ, [Дж/(м3∙K)], (2.6)
где υ – моль (единица количества вещества), [кг]; ρ=m / V - плотность вещества, [кг/м3].
Связь между этими теплоемкостями:
с=с ′∙ v = сμ / μ,
где v=V / m - удельный объем вещества,[м3/кг]; μ=m / υ - молярная (молекулярная) масса, [кг/моль].
Теплоемкость газов зависит от условий, при которых происходит процесс нагревания или охлаждения газа. Различают теплоемкости при постоянном давлении (изобарную) и при постоянном объеме (изохорную).
Обозначения удельных теплоемкостей:
ср, сv - массовые изобарные и изохорные;
сpμ, сvμ - молярные изобарные и изохорные;
с′p, с′v - объемные изобарные и изохорные.
Связь между изобарной и изохорной теплоемкостями выражается уравнением Р. Майера:
ср - сv = R; (2.7)
или
сpμ - сvμ = Rμ. (2.8)
В справочной литературе в таблицах даются средние теплоемкости cm в интервале температур от 0 до tх. Для определения средней теплоемкости в интервале температур от t 1 до t 2 можно использовать формулу:
. (2.9)
