Конкурсы/Энциклопедия юных 2022/Естественно-технические конкурсные статьи/Первое начало термодинамики

Материал c сайта НП «Викимедиа РУ»
Перейти к навигации Перейти к поиску

Первое начало термодинамики, или первый закон термодинамики, — один из двух основных законов термодинамики, устанавливающий количественные соотношения, которые имеют место при превращении одного вида энергии в другие.

Формулировки[править]

В соответствии с первым началом термодинамики количество теплоты, сообщаемое закрытой системе (то есть системе, которая не обменивается веществом с окружающей средой), затрачивается на приращение её внутренней энергии и совершение системой работы над внешними силами:

где

  • — количество теплоты, подведённой к системе,
  • и внутренняя энергия системы до и после подведения к ней тепла,
  • — приращение внутренней энергии системы,
  • работа, совершённая системой над внешними силами,

или в дифференциальной форме:

Часто вместо работы системы над внешними силами рассматривают работу внешних сил над системой . С учётом того, что , первое начало термодинамики можно сформулировать следующим образом: изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества тепла, переданного системе, и не зависит от способа, которым осуществлялся этот переход:

В силу того, что под первым началом термодинамики, как правило, подразумевают одно из следствий закона сохранения энергии, иногда оно также формулируется следующим образом: невозможен вечный двигатель (перпетуум мобиле) первого рода, то есть такой двигатель, который совершал бы работу в большем количестве, чем получаемая им извне энергия. Если к системе поступает количество теплоты, меньшее, чем совершаемая её работа (), то избыточная работа может быть совершена только за счёт убыли внутренней энергии; после того, как запас внутренней энергии системы будет исчерпан, двигатель перестанет работать.

Первое начало термодинамики в изопроцессах[править]

Изопроцессы являются частными случаями термодинамических процессов, во время которых количество вещества и один из параметров состояния (давление, объём, температура или энтропия) остаются неизменными. Для каждого из изопроцессов первое начало термодинамики можно записать в следующих видах:

  • адиабатный процесс — энтропия системы постоянна (), тепло к системе не подводится ():
или
  • изотермический процесс — температура системы постоянна (), величина внутренней энергии также постоянна ():
  • изохорный процесс — объём системы постоянен (), работа над внешними силами не совершается ():
где — изменение объёма системы.

См. также[править]

Литература[править]

  • Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 тт. — СПб.: Издательство «Лань», 2021. — Т. 3. Молекулярная физика и термодинамика: Учебное пособие. 5-е изд., испр. — С. 103—104. — 224 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1209-9
  • Мякишев Г. Я. Физика. Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл. Профильный уровень: учеб. для общеобразовательных учреждений / Г. Я. Мякишев, А. З. Синяков. — 12-е изд., стереотип.. — М.: Дрофа, 2010. — С. 155—157. — 349 с. — ISBN 978-5-358-08873-3
  • Энциклопедия для детей / Глав. ред. М. Д. Аксёнова. — М.: Аванта+, 2000. — Т. 14. Техника. — С. 252. — 688 с. — ISBN 5-84830011-9