Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики - основа ТД теории. По существу - это закон сохранения и превращения энергии: "Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах".

Для ТД процессов закон устанавливает взаимосвязь между теплотой, работой и изменением внутренней энергии ТД системы: теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение энергии системы и совершение работы.

Уравнение первого закона ТД:

, (2.1)

где Q - количество теплоты, подведенной (отведенной) к системе; L - работа, совершенная системой (над системой); U₂-U₁ - изменение внутренней энергии в данном процессе.

Если Q>0 - теплота подводится к системе;

Q<0 - теплота отводится от системы;

L>0 - работа совершается системой;

L<0 - работа совершается над системой.

Для единицы массы вещества уравнение первого закона ТД:

q = Q/m = (u₂ - u₁) + l. (2.2)

1-й закон ТД утверждает, что для получения полезной работы L к непрерывно действующему тепловому двигателю надо подводить теплоту Q.

Двигатель, постоянно производящий работу и не потребляющий никакой энергии, называется «вечным двигателем I рода».

Используя введённый термин, можно сформулировать 1-й закон ТД так: вечный двигатель первого рода невозможен.

Теплоемкость газа

Истинная теплоемкость рабочего тела - отношение количества теплоты, подведенной (отведенной) к рабочему телу в ТД процессе, к вызванному этим изменению температуры тела:

С = dQ/dT, [Дж/К]. (2.3)

Теплоемкость зависит от внешних условий и характера процесса, при котором происходит подвод или отвод теплоты.

Различают удельные теплоемкости:

массовую

с=С/m, [Дж/(кг∙K)]; (2.4)
молярную

с_μ=С/υ, [Дж/(моль∙K)]; (2.5)
объемную

с′=С/V=с·ρ, [Дж/(м³∙K)], (2.6)

где υ – моль (единица количества вещества), [кг]; ρ=m/V - плотность вещества, [кг/м³].

Связь между этими теплоемкостями:

с=с′∙v=с_μ/μ,

где v=V/m - удельный объем вещества,[м³/кг]; μ=m/υ - молярная (молекулярная) масса, [кг/моль].

Теплоемкость газов зависит от условий, при которых происходит процесс нагревания или охлаждения газа. Различают теплоемкости при постоянном давлении (изобарную) и при постоянном объеме (изохорную).

Обозначения удельных теплоемкостей:

с_р, с_v - массовые изобарные и изохорные;

с_pμ, с_vμ - молярные изобарные и изохорные;

с′_p, с′_v - объемные изобарные и изохорные.

Связь между изобарной и изохорной теплоемкостями выражается уравнением Р. Майера:

с_р - с_v = R; (2.7)

или

с_pμ - с_vμ = R_μ. (2.8)

В справочной литературе в таблицах даются средние теплоемкости c_m в интервале температур от 0 до t_х. Для определения средней теплоемкости в интервале температур от t₁ до t₂ можно использовать формулу:

. (2.9)