Перше начало термодинаміки
Термодинаміка – це розділ фізики, в якому з найбільш загальних позицій (без розгляду молекулярних уявлень про будову речовини) розглядаються процеси обміну енергії між об’єктом, який вивчається та оточуючим його середовищем.
У природі існує закон збереження і перетворення енергії.
У всіх процесах, які проходять в природі, енергія не зникає безслідно і не створюється з нічого, а переходить від одного тіла до іншого і перетворюється з одного виду в інший в еквівалентних кількостях.
Усі форми енергії: кінетична, потенціальна, внутрішня, електромагнітна, хімічна, внутрішньоатомна тощо здатні перетворюватися одна в одну. І саме можливість взаємного перетворення усіх форм енергії зумовлює багатство і різноманітність явищ природи.
Закон збереження і перетворення енергії відкрито в середині ХІХ ст. німецьким вченим-лікарем Р. Майєром (1814-1878) та англійським вченим Д. Джоулем (1818-1889). Найповніше закон був сформульований у працях німецького науковця Г. Гельмгольца (1821-1894).
Закон збереження і перетворення енергії, поширений на теплові явища, називається першим началом (законом) термодинаміки.
О-ве начало термодинаміки
Будь-яка ізольована система прямує до стану теплової рівноваги. Ізольована система не може сама вийти із стану рівноваги.
І-ше начало термодинаміки
(Існують два рівноправні формулювання першого начала термодинаміки).
Зміна внутрішньої енергії системи у випадку переходу її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил і кількості теплоти, переданої системі
ΔU = ΔA +ΔQ
Кількість теплоти, переданої системі, витрачається на зміну її внутрішньої енергії і на виконання системою роботи над зовнішніми тілами:
ΔQ = ΔU + ΔA’
Існує принципово інше формулювання першого закону термодинаміки:
Неможливий вічний двигун (perpetum mobile) першого роду.
Вічний двигун першого роду – уявний двигун, який раз запущений в дію, виконував би роботу як завгодно довго без надходження енергії ззовні.
Вічний двигун другого роду – уявний тепловий двигун, який безпосередньо працював би, перетворюючи всю взяту із навколишнього середовища теплоту в роботу.
Перше начало термодинаміки не забороняє існування і роботу вічного двигуна другого роду.
Запис першого начала термодинаміки при ізохоричному процесі.
Оскільки при ізохоричному процесі V = const, то ΔV = 0 і ΔА = 0, тому
ΔU = ΔQ
Запис першого начала термодинаміки при ізобаричному процесі.
ΔU = ΔA +ΔQ; ΔQ = ΔU + ΔA’
Запис першого начала термодинаміки при ізотермічному процесі.
Оскільки при ізотермічному процесі Т = const, то ΔТ = 0 і ΔU = 0, тому
ΔQ = ΔA’; ΔQ = -ΔA
Запис першого начала термодинаміки при адіабатичному процесі.
Адіабатичним називають процес стиснення або розширення газу без теплообміну з зовнішнім середовищем: ΔQ = 0, тому
ΔU = ΔA; ΔU = -ΔA’.
