Учебное пособие: Гази у зовнішньому силовому полі та основи термодинаміки

Частіше розглядають не роботу зовнішніх сил над системою, а роботу системи проти зовнішніх сил //, а оскільки

_, то _, або /1/ _

це – математичний запис закону збереження енергії в теплових процесах, або перший закон термодинаміки: теплота, що надасться системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи та на виконання системою роботи проти зовнішніх сил.

З першого закону термодинаміки виходить, що якщо D Q = 0 , то D A = - D U . Таким чином, якщо система не одержує енергії, то вона виконує роботу тільки за рахунок зменшення внутрішньої енергії, яка кінцева. Кінцевою буде і робота. Отже: вічний двигун першого роду неможливий – це також формуліровка першого закону термодинаміки.

Розглянемо використання 1-го закону термодинаміки до ізопроцесів в ідеальному газі. Оскільки

, а V,

то .

1. Ізохоричний процес /V=const / здійснюється при нагріванні газу в замкненому об’ємі. Оскільки D V = 0 , то А=0, і тоді I закон термодинаміки запишеться так:

D Q = D U – вся теплота, що надасться системі, використовується на зміну внутрішньої енергії:

, /2/

де – молярна теплоємність при сталому об’ємі /V=const /.

.

2. Ізобаричний процес /р =const /.

В цьому випадку /площа прямокутника/ і тоді I закон термодинаміки:

.

Теплота, що надасться системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії і на виконання роботи проти зовнішніх сил.

Молярна теплоємність в ізобаричному процесі дорівнює

,

але і тоді . Для одного моля pV = RT

.

Таким чином, - рівняння Майєра:

Молярна теплоємність при сталому тиску більша молярної теплоємності при сталому об’ємі на величину універсальної газової сталої.

3. Ізотермічний процес / Т = const /. Оскільки D E = 0 , то D U = 0 – внутрішня енергія газу не змінюється, і тоді - теплота, що надасться системі в ізотермічному процесі витрачається на роботу розширення газу. Розрахунки показують, що

.

4. Адіабатичний процес – це процес без теплообміну системи з зовнішнім середовищем: D Q = 0 . Тоді з I закону термодинаміки слідує:

D A = - D U , тобто в адіабатичному процесі робота виконується за рахунок внутрішньої енергії газу. Для ідеального газу: