2. Способы передачи энергии в системе: работа и теплота
Как же происходит передача энергии от одной части системы к другой?
Формы перехода энергии от одной системы к другой могут быть разбиты на три группы. В первую группу входит только одна форма перехода движения путем хаотических столкновений молекул двух соприкасающихся тел, т.е. путём теплопроводности (и одновременно путём излучения). Мерой передаваемого таким способом движения является
теплота Q.
ТЕПЛОТА
Теплота есть форма передачи энергии путём неупорядоченного движения молекул.
Теплота не является функцией состояния системы, так как ее величина зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое. Так, например, изотермическое расширение газов не сопровождается выделением или поглощением теплоты в том случае, если процесс протекает без совершения газом работы. В противном случае (работа совершается) процесс сопровождается поглощением теплоты.
В общем случае считается, что если теплота в процессе выделяется из системы – процесс считается экзотермическим, поглощении теплоты системой сопровождает эндотермический процесс. При этом в термодинамике принята следующая система знаков
При такой системе знаков тепловым эффектом процесса называют сумму поглощенной теплоты и всей работы, выполненной средой над системой за вычетом работы внешнего давления.
Очевидно, что и количество теплоты и количество работы должны выражаться в одинаковых единицах измерения. Все энергетические величины термодинамики в СИ выражаются в Джоулях на единицу количества вещества.
Для изохорно – изотермических процессов тепловой эффект равен изменению внутренней энергии системы; для изобарно – изотермических – изменению энтальпии, что показывает, что при постоянной температуре в изохорных и изобарных процессах тепловой эффект не зависит от пути перехода и однозначно определяется начальным и конечным состояниями системы.
Тепловые эффекты процессов могут называться просто теплотой процесса (теплота плавления, теплота испарения, теплота сгорания и т.п.).
Во вторую группу включаются различные формы перехода движения, общей чертой которых является перемещение масс, охватывающих очень большие числа молекул (т.е. макроскопических масс), под действием каких-либо сил. Таковы поднятие тел в поле тяготения, переход некоторого количества электричества от большего электростатического потенциала к меньшему, расширение газа, находящегося под давлением и др. Общей мерой передаваемого такими способами движения является работа А
Третья группа – смешанная.
Итак, возможными являются всего три варианта передачи:
либо энергия передается в виде теплоты – Q;
либо энергия передается в виде работы – A;
либо возможен смешанный вариант передачи энергии.
Теплота и работа характеризуют качественно и количественно две различные формы передачи движения от данной части материального мира к другой.
Теплота и работа не могут содержаться в теле.
Теплота и работа возникают только тогда, когда возникает процесс, и характеризуют только процесс.
В статических условиях теплота и работа не существуют.
Различие между теплотой и работой, принимаемое термодинамикой как исходное положение, и противопоставление теплоты работе имеет смысл только для тел, состоящих из множества молекул, т.к. для одной молекулы или для совокупности немногих молекул понятия теплоты и работы теряют смысл.