Первое начало термодинамики

Первое начало формируется как постулат и является обобщением большого количества опытных данных. Для элементарного процесса уравнение первого начала такого:

dQ = dU + dW (1.2).

dQ и dW не являются полным дифференциалом, так как зависят от пути следования.

Зависимость Q и W от пути видна на простейшем примере расширение газа. Работа совершенная системой при переходе ее из состояния 1 в 2 (рис. 1) по пути, а изображается площадью, ограниченной контуром А1а2ВА :

Wа = p (V, T) dV;

а работа при переходе по пути в — площадью ограниченную контуром А1в2ВА:

Wb = p (V, T) dV.

Поскольку давление зависит не только от объема, но и от температуры, то при различных изменениях температуры на пути, а и в при переходе одного и того же начального состояния (p1,V1) в одно и тоже конечное (p2,V2) работа получается разной. Отсюда видно, что при замкнутом процессе (цикле) 1а2в1 система совершает работу не равную нулю. На этом основана работа всех тепловых двигателей.

Из первого начала термодинамики следует, что работа может совершаться или за счет изменения внутренней энергии, или за счет сообщения системе количества теплоты. В случае если процесс круговой, начальное и конечное состояние совпадают U2- U1 = 0 и W = Q, то есть работа при круговом процессе может совершаться только за счет получения системой теплоты от внешних тел. Первое начало можно сформулировать в нескольких видах:

• — Невозможно возникновение и уничтожение энергии.
• — Любая форма движения способна и должна превращаться в любую другую форму движения.
• — Внутренняя энергия является однозначной формой состояния.
• — Вечный двигатель первого рода невозможен.
• — Бесконечно малое изменение внутренней энергии является полным дифференциалом.
• — Сумма количества теплоты и работы не зависит от пути процесса.
• — Первый закон термодинамики, постулируя закон сохранения
• — энергии для термодинамической системы. не указывает направление происходящих в природе процессов. Направление термодинамических процессов устанавливает второе начало термодинамики.(6)