1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Адиабатный процесс.

Работа в термодинамике — обобщение понятия «работа в механике» (выраженного в дифференциальной форме). Обобщённые координаты в термодинамике — это внешние параметры термодинамической системы (объём, напряжённость внешние магнитное или электрические поля и т. п.), а обобщённые силы (давление и др.) — величины, зависящие не только от координат, но и от внутренних параметров системы (температуры или энтропии). Работа термодинамической системы над внешними телами заключается в изменении состояния этих тел и определяется количеством энергии, передаваемой системой внешним телам при изменении внешних параметров системы. В квазистатических (т. е. бесконечно медленных) адиабатических процесса работа равна изменению внутренней энергии системы, в квазистатических изотермических процессах — изменению энергии Гелъмголъца. В ряде случае работа может быть выражена через другие термодинамические потенциалы. В общем случае величина работы при переходе системы из начального состояния в конечное зависит от способа (пути), каким осуществляется этот переход. Это означает, что бесконечно малая (элементарная) работа системы не является полным дифференциалом какой-либо функции состояния системы; поэтому элементарная работа обозначают обычно не dA (как полный дифференциал), а . Зависимость работы от пути приводит к тому, что для кругового процесса, когда система вновь возвращается в исходное состояние, работа системы может оказаться не равной нулю, что используется во всех тепловых двигателях. Работа внешних сил над системой , если энергия взаимодействия системы с внешними телами не меняется в процессе совершения работы.

Примерами работы при изменении одного из внешних параметров системы могут служить:

• работа сил давления p при изменении объёма V системы ,

• работа сил поверхностного натяжения при изменении поверхности системы , ( — коэфф. поверхностного натяжения, — элемент поверхности);

• работа намагничивания системы (H — напряжённость в магн. поля, J — намагниченность) и т. д.

Работа системы в неравновесном (необратимом) процессе всегда выше, чем в равновесном.

Вну́тренняя эне́ргия тела (обозначается как E или U) — полная энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Следовательно, внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.

Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии:

где

• — подведённая к телу теплота, измеренная в джоулях

• — работа, совершаемая телом против внешних сил, измеренная в джоулях

Первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики - физический закон, согласно которому количество теплоты, которое получено телом или системой, расходуется

- на изменение внутренней энергии; и

- на работу тела или системы против внешних сил.

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы дельта U, количеством теплоты Q, подведенным к ней, и суммарной работой внешних сил A, действующих на систему.

Первый закон термодинамики - Изменение внутренней энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенного к системе извне, и работы внешних сил, действующих на нее:

Первый закон термодинамики - количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами:

Адиабатный процесс

Адиабатный процесс, процесс, происходящий в физической системе без теплообмена с окружающей средой. А. п. можно осуществить в системе, окруженной теплоизолирующей (адиабатной) оболочкой. Пример такого А. п. — рабочий такт тепловой машины, при котором газ (пар) расширяется в цилиндре с теплоизолирующими стенками и поршнем, при отсутствии необратимых превращений работы трения в теплоту.

А. п. можно реализовать и при отсутствии адиабатной оболочки; для этого он должен протекать настолько быстро, чтобы за время процесса не произошло теплообмена между системой и окружающей средой. Так происходит, например, сжатие газа ударной волной, при котором газ, не успевая отдать выделившуюся теплоту, сильно нагревается. При скорости волны порядка 1 км/сек (скорости, достигнутой современными сверхзвуковыми самолётами) и сжатии воздуха под действием ударной волны в 4 раза температура воздуха повышается до 700°С. Адиабатное расширение газа с совершением работы против внешних сил и сил взаимного притяжения молекул вызывает его охлаждение. Такое охлаждение газов лежит в основе процесса сжижения газов. А. п. размагничивания парамагнитных солей позволяет получить температуры, близкие к абсоллютному нулю (см. Магнитное охлаждение).

А. п. могут протекать обратимо (см. Обратимый процесс) и необратимо. В случае обратимого А. п. энтропия системы остаётся постоянной. Поэтому обратимый А. п. называют ещё изоэнтропийным. На диаграмме состояния системы он изображается кривой, называемой адиабатой, или изоэнтропой. В необратимых А. п. энтропия возрастает.