Математическое выражение I-го закона термодинамики.

Первый закон термодинамики.

Смысл и формулировка I-го закона.

I-й закон термодинамики является выражением всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к процессам, протекающим в термодинамических системах.

В самом общем виде закон сохранения материи и энергии был впервые высказан в середине 18 века русским ученым М.В. Ломоносовым. Однако лишь 100 лет спустя, после работ Майера, Гесса, Джоуля, Ленца и других ученых, была окончательно установлена однозначная связь между разными формами энергии, дано математическое обоснование сохранения и превращения энергии и этот закон получил полное признание.

Формулировка I-го закона термодинамики:

Энергия, заключенная в изолированной системе остается неизменной при всех превращениях энергии происходящих в этой системе.

(Изолированной называется система, не обменивающаяся веществом и энергией с другими телами).

Открытие и утверждение этого закона положило конец многочисленным попыткам создания вечного двигателя I-го рода.

Следствием I-го закона является принцип эквивалентности устанавливающий, что превращение различных форм энергии происходит всегда в одних и тех же количественных соотношениях.

В процессах, изучаемых технической термодинамикой, рассматривается главным образом превращение теплоты в работу.

Единицы измерения энергии и мощности.

Исходя из принципа эквивалентности, в международной системе СИ за единицу количества всех видов энергии принят 1 Дж (джоуль).

Кратные единицы:

Единица мощности:

;

Перевод других единицы в единицы СИ.

а) единицы работы и теплоты

;

;

;

до 1 января 1980 года широко применялась единица измерения теплоты:

(по ГОСТ 8580-61)

а) единицы мощности.

Математическое выражение I-го закона термодинамики.

Уравнение I-го закона для бесконечно малого процесса.

В цилиндре под поршнем находится газ. Подведем бесконечно малую теплоту . Это приведет к повышению температуры и увеличению объема на . С повышение температуры тела увеличивается

P-сосредоточенная сила.

скорость движения молекул, при этом внутренняя кинетическая энергия увеличиться на .

С увеличением увеличиваются расстояния между молекулами, что приводит к изменению потенциальной энергии на , во вторых совершается внешняя работа .

Тогда в общем случае:

(для идеального газа т.к. отсутствуют силы взаимодействия между молекулами )

- определяет полное изменение внутренней тепловой энергии тела .

(для M кг) (для 1 кг)

Учитывая это получим:

Полученное уравнение показывает, что теплота подведенная к рабочему телу в общем случае расходуется на изменение внутренней энергии тела и на совершение внешней работы.