Уравнение Теплового Баланса. Первый Закон Термодинамики

Если тела образуют замкнутую систему и между ними происходит только теплообмен, то алгебраическая сумма полученных Qn и отданных Q0энергий равна нулю:
uravnenie_teplovogo_balansa_perviiy_zakon_termodinamiki_renamed_16969.jpg

Полученная Qn и отданная Q0 теплоты численно равны, но Qn берется со знаком плюс, a Q0 - со знаком минус.

Итак, изменить внутреннюю энергию системы можно двумя способами: путем совершения работы (дельта U1 = A) и путем сообщения системе количества теплоты (дельта U2 = Q).

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики - закон сохранения энергии для систем, в которых существенную роль играют тепловые процессы:

Теплота Q, подведенная к системе, затрачивается на изменение дельта U ее внутренней энергии и на совершение работы А` системой над внешними телами:

$$ \boldsymbol{Q=\Delta U+A'}$$

Работа и теплопередача - характеристики процесса изменения внутренней энергии системы; они определяют функции процесса, но не состояния системы. В каждом состоянии система обладает вполне определенной внутренней энергией.

Применение первого закона термодинамики к процессам в одноатомных идеальных газах

  1. Изотермический процесс (Т = const):
    uravnenie_teplovogo_balansa_perviiy_zakon_termodinamiki_renamed_12759.jpg

    При изотермическом процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит и в форме теплопередачи, и в форме работы. Все подведенное к идеальному газу тепло затрачивается на совершение работы.

    Если газ получает теплоту (Q > 0), то он совершает положительную работу (А` > 0), если газ отдает теплоту (Q < 0), то А` < 0. Работа внешних сил над газом в этом случае положительная (А > 0).

  2. Изобарический процесс (р = const):
    uravnenie_teplovogo_balansa_perviiy_zakon_termodinamiki_renamed_15984.jpg

    При изобарическом процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит в форме работы и теплопередачи. Сообщенная идеальному газу теплота затрачивается и на изменение внутренней энергии, и на совершение газом работы:

    uravnenie_teplovogo_balansa_perviiy_zakon_termodinamiki_renamed_31861.jpg

    uravnenie_teplovogo_balansa_perviiy_zakon_termodinamiki_renamed_4763.jpg

    uravnenie_teplovogo_balansa_perviiy_zakon_termodinamiki_renamed_13100.jpg

  3. Изохорический процесс:

    При изохорическом процессе обмен между идеальным газом и окружающими телами происходит только в форме теплопередачи. Вся подведенная к идеальному газу теплота затрачивается на изменение его внутренней энергии:

    uravnenie_teplovogo_balansa_perviiy_zakon_termodinamiki_renamed_21702.jpg
  4. Адиабатический процесс (Q = 0):

    Адиабатический процесс - процесс, при котором физическая система не получает теплоты извне и не отдает ее. Этот процесс протекает без теплообмена с окружающими телами.

    При адиабатическом процессе:

    uravnenie_teplovogo_balansa_perviiy_zakon_termodinamiki.jpg

    При адиабатическом процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит только в форме работы. Работа при адиабатическом процессе совершается за счет изменения внутренней энергии газа.

    Если А` > 0 (газ расширяется), то дельта U < 0 - температура газа понижается. Если же А` < 0 (газ сжимается), то дельта U > О - температура повышается.