Перший закон термодинаміки - це начало всього сущого
Відео: Сергій Лірін [Відео та Лекції]
Предметом вивчення термодинаміки є енергія в усіх її проявах і, найголовніше, переходи енергії з одного виду в інший. Так склалося, що сам термін виник на зорі наукових досліджень в області енергії, а на той момент перелік різних видів енергії був ще невеликий - механічна і теплова. Тому, назва «термодинаміка» найбільш точно відображало сутність предмета - рух (передача) та перетворення тепла в механічну роботу і навпаки. Поступово з`явилися поняття, що характеризують теплові процеси: теплота плавлення, теплоємність й, нарешті, одиниця виміру кількості тепла - калорія (1772 р М.Вільке). Пройде немало часу і буде сформульовано перший початок термодинаміки, але кожен крок був результатом копіткої праці багатьох дослідників.
Для вивчення законів термодинаміки прийняті деякі умовності, що дозволяють виділити досліджуваний предмет і конкретизувати його властивості, що підлягають вивченню. Досліджувані об`єкти представляються замкнутими системами з величезного числа частинок. Якщо в системі можна визначити межі деякого об`єму, то її називають тілом. Ось так і з`явився головний учасник термодинамічної дійства: система частинок, укладена в якомусь обсязі - ідеальний газ. В процесі енергетичних перетворень термодинамічна система змінює свій стан, і ці зміни описуються набором понять - параметрів процесу. Якщо в якості параметрів взяти температуру T, обсяг V і тиск P, то їх достатньо для опису будь-якого термодинамічної процесу. Всі системи розглядаються тільки для рівноважних станів. Встановлення рівноваги, наприклад, теплового, - це процес теплопередачі - щось остигає, а щось нагрівається. При цьому кількості «віддав - отримав», як стверджує перший початок термодинаміки, будуть однакові. І ось тут криється головна задача, яку століттями вирішують вчені: пошук учасників енергетичного обміну і визначення їх ролі в процесі.
Відео: ЛАРИСА ЧЕРНІКОВА мантри СОНЦЯ
Основу теоретичного апарату термодинаміки складають 3 закони. При цьому вважається, що тіло може поглинати енергію, збільшуючи свою внутрішню, (наприклад, при підігріві) і / або за рахунок своєї внутрішньої енергії здійснювати роботу з подолання зовнішніх сил (наприклад, виштовхуючи поршень). Виходячи з цього, перший початок термодинаміки трактується наступним чином: зміна внутрішньої енергії тіла U є сума поглинутої ним енергії Q і енергії зовнішніх сил A. Математично це виражається через нескінченно малі зміни в такий спосіб:
dU = dQ + dA (1)
Фактично це закон збереження енергії, можна сказати, закон буття.
Особливості термодинамічних процесів зазвичай розглядають на моделі, де робочим тілом беруть ідеальний газ, який можна нагрівати і / або здійснювати над ним механічну роботу зовнішніми силами (стиснення - розширення) за допомогою поршня, а один з параметрів - тиск P, обсяг V або температура T - дорівнює константі. Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцессам дозволяє визначити джерела-приймачі енергії для конкретних умов.
Ізохорний процес означає, що V = const. Наслідком того, що механічна робота відсутня, тому що обсяг не змінюється, за рахунок нагріву ізмененяются тільки внутрішня енергія, і тоді: dA = pdV = 0, а значить dU = dQ і визначити її можна зі співвідношення:
dQ = (m / M) * CV * dT (2)
Таким чином, ізохорний процес обумовлений приростом температури.
Відео: Is Earth Actually Flat?
Ізобарний процес передбачає p = const, а ця умова виконується, якщо робоче тіло при нагріванні виконує механічну роботу, наприклад, переміщення поршня. Якщо по черзі застосувати вирази для енергії нагріву і рівняння Менделєєва-Клайперона, то можна легко отримати вираз для обчислення механічної роботи газу:
A = (m / M) * R * (T2 - T1) (3)
Відео: Рядовий апокаліпсису Донбас, Сирія. Ігор Орженцов. Народне слов`янське радіо
R - газова стала, і означає роботу щодо збільшення обсягу газу в кількості один моль, якщо температура зміниться на один градус Кельвіна. Висновок: при изобарном процесі газ поповниться енергією нагріву (2) і витрачає частину збільшеної внутрішньої енергії на розширення (3).
Процес, в якому T = const, в термодинаміці називається ізотермічним. Його суть в тому, що отримана за рахунок нагріву внутрішня енергія повністю витрачається працювати по преодоленіію зовнішніх сил. Перший закон термодинаміки для ізопроцессов говорить про те, що для збереження постійної температури тіла його внутрішнє енергія заповнює витрати на виконання механічної роботи і залежить від зміни тиску. Розрахувати ці енергетичні витрати можна з виразу:
Q = A = (m / M) * R * T * (ln (p1 / p2)).
