Первое начало термодинамики

Рас-м термод-ю систему, для которой мех-я энергия постоянна, а изменяется лишь внут-я энергия. Внут-я энергия сис-мы может изменяться в результате разл-х процессов, например совершения над системой рабо­ты или сообщения ей теплоты. Вдвигая поршень в цилиндр, в котором находится газ, мы сжимаем этот газ, в результате темп-ра повы­шается, т. е. уве­личивается внут-я энергия газа. С другой стороны, температуру газа и его внутреннюю энергию можно увели­чить за счет сообщения ему некоторого количества теплоты - энергии, пере­данной системе внешними телами пу­тем теплообмена. Таким образом, можно говорить о двух формах передачи энергии от одних тел к другим: работе и теплоте. Энер­гия механического движ-я может превращаться в энергию теплового движ-я, и наоборот. При этих превраще­ниях соблюдается закон сохранения и превращения энергии; применительно к термодинамическим процессам этим законом и является первое начало тер­модинамики. Допустим, что некоторая сис-ма (газ, заключенный в цилиндр под пор­шнем), обладая внутренней энергией U_j, получила некоторое количество тепло­ты Q и, перейдя в новое состояние, ха­рактеризующееся внутренней энергией U₂, совершила работу А над внешней средой, т. е. против внешних сил. Коли­чecтвo теплоты считается положитель­ным, когда оно подводится к системе, а работа - положительной, когда сис-ма совершает ее против внешних сил. В соответствии с законом сохранения энергии при переходе сис-мы из 1-го состояния во 2-е измен-е внутренней энергии ∆U= U₂ – U₁ будет одинаковым и рав­ным разности между количеством теплоты Q,полученным системой, и рабо­той А, совершенной системой против внешних сил: ∆U = Q- А, или Q= ∆U + А. Это уравнение выражает первое начало термодинамики: теплота, со­общаемая системе, расходуется на измен-е ее внутренней энергии и на со­вершение ею работы против внешних сил. Его можно записать в виде dQ= dU + dA, или в более корректной форме бQ= dU+ бА, где б Q - бесконечно малое количество теплоты; dU - бесконечно малое измен-е внутренней энергии сис-мы; бА -элементарная работа. В этом вы­ражении dU является полным диффе­ренциалом, а бА и б Q таковыми не яв­ляются. Количество теплоты выражается в тех же единицах, что работа и энергия, т. е. в джоулях (Дж). Если сис-ма периодически воз­вращается в первоначальное состояние, то измен-е ее внутренней энергии ∆U= О. Тогда, согласно первому нача­лу термодинамики, А= Q.

Адиабатический процесс

Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен (dQ= 0)между системой и окружающей средой. К адиабатическим процессам можно отнести все быстропротекающие процессы. Например, адиабатическим процессом можно счи­тать процесс распространения звука в среде, так как скорость распространения звуко­вой волны настолько велика, что обмен энергией между волной и средой произойти не успевает. Адиабатические процессы применяются в двигателях внутреннего сгорания (расширение и сжатие горючей смеси в цилиндрах), в холодильных установках и т. д.Из первого начала термодинамики (dQ= d U+dA) для адиабатического процесса следует, что (1) Используя и , для произвольной массы газа перепишем уравнение (1) в виде (2)Продифференцировав получим (3) Исключим из (2) и (3) температуру Т. найдем Интегрируя это уравнение в пределах от p ₁ до p ₂ и соответственно от V ₁ до V ₂, а затем потенцируя, придем к выражению (4)Полученное выражение есть уравнение адиабатического процесса, называемое также уравнением Пуассона. называется показателем адиабаты (или коэффициентом Пуассона). Вычислим работу, совершаемую газом в адиабатическом процессе. Запишем урав­нение (1) в виде где .