Pirmais termodinamikas likums. Iekšējā enerģija, siltums

Tādus fiziskus procesus kā siltums un darbs var izskaidrot ar vienkāršu enerģijas pārnešanu no viena ķermeņa uz otru. Darba gadījumā mēs runājam par mehānisko enerģiju, savukārt siltums nozīmē siltumenerģiju. Enerģijas pārnešana tiek veikta saskaņā ar termodinamikas likumiem. Šīs fizikas sadaļas galvenie noteikumi ir zināmi kā "sākums".

Pirmais termodinamikas likums regulē un ierobežo enerģijas pārneses procesu noteiktā sistēmā.

Energosistēmu veidi

Fiziskajā pasaulē ir divu veidu enerģijas sistēmas. Slēgtai vai slēgtai sistēmai ir nemainīga masa. Atvērtā vai atvērtā sistēmā masa var samazināties un palielināties atkarībā no šajā sistēmā notiekošajiem procesiem. Lielākā daļa novēroto sistēmu ir atvērtas.

Izpēti šādās sistēmās kavē daudzi nejauši faktori, kas ietekmē rezultātu ticamību. Tāpēc fiziķi pēta parādības slēgtās sistēmās, rezultātus ekstrapolējot uz atvērtajām, ņemot vērā nepieciešamās korekcijas.

Izolētas sistēmas enerģija

Jebkura slēgta sistēma, kurā nenotiek enerģijas apmaiņa ar vidi, ir izolēta. Šādas sistēmas līdzsvara stāvokli nosaka šādu lielumu rādījumi:

• P ir spiediens sistēmā;
• V ir izolētās sistēmas tilpums
• T- temperatūra;
• n ir gāzes molu skaits sistēmā;

kā redzat, siltuma daudzums un paveiktais darbs šajā sarakstā nav iekļauts. Slēgta izolēta sistēma neapmaina siltumu un nedarbojas. Tā kopējā enerģija paliek nemainīga.

Sistēmas enerģijas izmaiņas

Kad tiek veikts darbs vai notiek siltuma pārneses process, sistēmas stāvoklis mainās, un tas vairs netiks uzskatīts par izolētu.

Termodinamikas pirmā likuma apgalvojums

Pirmkārt, izolētām sistēmām tika atvasināts pirmais termodinamikas likums. Vēlāk tika pierādīts, ka likums ir universāls, un to var attiecināt uz atvērtām sistēmām, ja pareizi ņem vērā iekšējās enerģijas izmaiņas, kas rodas matērijas daudzuma svārstību dēļ sistēmā. Ja apskatāmā sistēma pāriet no stāvokļa A uz stāvokli B, tad sistēmas paveiktais darbs W, un siltuma daudzumu J atšķirsies. Dažādi procesi sniedz dažādus šo mainīgo lielumu nolasījumus, pat ja sistēma galu galā atgriežas sākotnējā stāvoklī. Bet tajā pašā laikā atšķirība W- J vienmēr būs tāds pats. Citiem vārdiem sakot, ja pēc jebkādas ietekmes sistēma atgriezās sākotnējā stāvoklī, tad neatkarīgi no šādas sistēmas transformācijā iesaistīto procesu veida tiek ievērots noteikums W- J= konst.

Dažos gadījumos ir ērtāk izmantot diferenciālformulu pirmā likuma izteiksmei. Tas izskatās šādi: dU= dw- dQ

Šeit dU- bezgalīgi nelielas iekšējās enerģijas izmaiņas

dW- daudzums, kas raksturo sistēmas bezgalīgi mazo darbu

dQ- bezgalīgi mazs siltuma daudzums, kas tiek nodots noteiktai sistēmai.

Entalpija

Pirmā termodinamikas likuma plašākai piemērošanai tiek ieviests entalpijas jēdziens.

Tas ir vielas kopējās enerģijas daudzuma un tilpuma un spiediena reizinājuma nosaukums. Entalpijas fizisko izpausmi var attēlot ar šādu formulu:

Entalpijas absolūtā vērtība ir visu sistēmu veidojošo daļu entalpiju summa.

Kvantitatīvā izteiksmē šo vērtību nevar noteikt. Fiziķi darbojas tikai ar atšķirību starp sistēmas beigu un sākuma stāvokļu entalpijām. Patiešām, jebkurā sistēmas stāvokļa izmaiņu aprēķinā tiek izvēlēts noteikts līmenis, kurā potenciālā enerģija ir vienāda ar nulli. Tas pats attiecas uz entalpijas aprēķināšanu. Ja mēs izmantojam entalpijas jēdzienu, tad pirmais izoprocesu termodinamikas likums izskatīsies šādi: dU= dw- dH

Jebkuras sistēmas entalpija ir atkarīga no šo sistēmu veidojošo vielu iekšējās struktūras. Šie rādītāji savukārt ir atkarīgi no vielas struktūras, tās temperatūras, daudzuma un spiediena. Sarežģītām vielām var aprēķināt veidošanās standarta entalpiju, kas ir vienāda ar siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai no vienkāršām sastāvdaļām izveidotu vielas molu. Standarta entalpijas vērtība parasti ir negatīva, jo sarežģītu vielu sintēzes laikā vairumā gadījumu izdalās siltums.

Pirmais termodinamikas likums adiabātiskajos procesos

Pirmā termodinamikas likuma pielietojumu izoprocesiem var aplūkot grafiski. Piemēram, apsveriet adiabātisku procesu, kurā siltuma daudzums paliek nemainīgs visu laiku, tas ir J= konst. Šāds izoprocess notiek siltumizolētās sistēmās vai tik īsā laikā, ka sistēmai nav laika apmainīties ar siltumu ar ārējo vidi. Gāzes lēno izplešanos tilpuma-spiediena diagrammā apraksta ar šādu līkni:

Pēc grafika ir iespējams pamatot termodinamikas pirmā likuma piemērošanu izoprocesiem. Tā kā adiabātiskajā procesā siltuma daudzums nemainās, iekšējās enerģijas izmaiņas ir vienādas ar paveiktā darba apjomu. dU= - dW

No tā izriet, ka sistēmas iekšējā enerģija samazinās, un tās temperatūra pazeminās.

Adiabātisko procesu piemēri

Arī pretējais apgalvojums ir patiess: spiediena pazemināšanās, ja nav siltuma pārneses, strauji palielina sistēmas temperatūru. Apmēram šādi gāze izplešas iekšdedzes dzinējos. Dīzeļdzinējos deggāze tiek saspiesta 15 reizes. Īslaicīga temperatūras paaugstināšanās ļauj degošajam maisījumam pašaizdegties.

Mēs varam apsvērt vēl vienu adiabātiskā procesa piemēru - gāzu brīvu izplešanos. Lai to izdarītu, apsveriet šādu instalāciju, kas sastāv no diviem konteineriem:

Pirmajā traukā ir gāze, otrajā tās nav. Pagriežot krānu, mēs nodrošināsim, ka gāze piepilda visu tai atvēlēto tilpumu. Ja sistēma ir pietiekami izolēta, gāzes temperatūra paliks nemainīga. Tā kā gāze nedarbojās, mainīgais dW= konst. Izrādījās, ka, ja citi apstākļi ir vienādi, gāzes temperatūra izplešanās laikā samazinās. Gāzes izplešanās notiek nevienmērīgi, tāpēc šo procesu nevar attēlot "spiediena-tilpuma" diagrammā.

Pirmais termodinamikas likums ir universāls likums, kas attiecas uz visiem novērojamajiem procesiem Visumā. Dziļa izpratne par noteiktu enerģijas pārveidojumu cēloņiem ļauj izprast esošās fiziskās parādības un atklāt jaunus likumus.

Pirmais termodinamikas likums

Plāns

Iekšējā enerģija.

Izoprocesi.

Strādā izoprocesos.

adiabātiskais process.

Siltuma jauda.

ķermeņa iekšējā enerģija.

Ķermeņa iekšējo enerģiju veido molekulu translācijas un rotācijas kustības kinētiskā enerģija, atomu vibrācijas kustības kinētiskā un potenciālā enerģija molekulās, molekulu mijiedarbības potenciālā enerģija un intramolekulāra enerģija (intranukleārā).

Ķermeņa kinētiskā un potenciālā enerģija kopumā nav iekļauta iekšējā enerģijā.

Ķermeņu termodinamiskās sistēmas iekšējo enerģiju veido ķermeņu mijiedarbības iekšējā enerģija un katra ķermeņa iekšējā enerģija.

Termodinamiskās sistēmas darbs uz ārējiem ķermeņiem sastāv no šo ķermeņu stāvokļa maiņas, un to nosaka enerģijas daudzums, ko termodinamiskā sistēma nodod ārējiem ķermeņiem.

Siltums ir enerģijas daudzums, ko sistēma siltuma apmaiņas laikā nodod ārējiem ķermeņiem. Darbs un siltums nav sistēmas stāvokļa funkcijas, bet gan pārejas no viena stāvokļa uz otru funkcija.

Termodinamiskā sistēma - viņi sauc šādu sistēmu, makroskopisku ķermeņu kopumu, kas var apmainīties ar enerģiju savā starpā un ar ārējo vidi (ar citiem ķermeņiem) (Piemēram, šķidrums un tvaiki virs tā). Termodinamisko sistēmu raksturo šādi parametri:

P, V, T, ρ utt.

Sistēmas stāvokļus, kad mainās vismaz viens no parametriem, sauc par nelīdzsvarotiem.

Termodinamiskās sistēmas, kas neapmainās ar enerģiju ar ārējiem ķermeņiem, sauc par slēgtām.

Termodinamiskais process ir sistēmas pāreja no viena stāvokļa (P 1 , V 1 , T 1 ) citam (P 2 , V 2 , T 2 ) ir sistēmas nelīdzsvarotība.

Pirmais termodinamikas likums.

Sistēmai nodotais siltuma daudzums tiek izmantots, lai palielinātu sistēmas iekšējo enerģiju un lai sistēma veiktu darbu pie ārējiem ķermeņiem.

Pirmais termodinamikas likums ir īpašs enerģijas nezūdamības likuma gadījums, kas ņem vērā sistēmas iekšējo enerģiju:

J= U 2 - U 1 + A;

U 1, U 2 - ķermeņa iekšējās enerģijas sākotnējās un galīgās vērtības.

Air sistēmas paveiktais darbs.

J- Sistēmai ziņotais siltuma daudzums.

Diferenciālā formā:

d J= dU+ d A;

dU- pastāv kopējā atšķirība, un tā ir atkarīga no atšķirības starp sistēmas sākotnējo un beigu stāvokli.

d JUnd A- nepilnīgas atšķirības, ir atkarīgas no paša procesa, tas ir, no procesa ceļa. Darbs tiek veikts, kad mainās skaļums:

d A= fdx= pSdx = pdV;

d A= pdV;

Pirmais termodinamikas likums - pirmā veida mūžīgā kustība nav iespējama, tas ir, dzinējs, kas strādātu lielākā apjomā nekā enerģija, ko tas saņem no ārpuses.

- nav atkarīgs no integrācijas ceļa.

- ir atkarīgs no procesa funkcijas integrācijas ceļa, un to nevar ierakstīt:

A 2 - A 1 ; J 2 - J 1 ;

A, Jnav valsts funkcijas. Nav iespējams runāt par darba un siltuma likumu.

Tas nav nekas cits kā enerģijas nezūdamības likums.

Izoprocesi.

1) Izohoriskais process:

V=Aronst;

Gāzes sildīšanas process slēgtā tilpumā.

d Q=dU+pdV,

pdv=0; d U=dU,

Pirmais termodinamikas likums iegūst šādu formu.

Siltuma jauda plkstV- konst:

Siltuma jaudu nosaka sistēmas saņemtā siltuma pieauguma attiecība pret temperatūras pieaugumu.

2) Izobariskais process:

P= konst;

d J= dU+ d A;

Sadalīt ardT(uz 1 molu gāzes):

pV=RT,

cp= CV+ R,

3) Izotermiskais process:

T= konst,

P V = A;

Tā kā iekšējā enerģija ir atkarīga noT, tad ar izotermisku izplešanosdU=0:

d J= d A,

Gāzei izotermiskās izplešanās laikā piegādātais siltums tiek pilnībā pārvērsts izplešanās darbā.

dQmēdz ∞,dTmēdz uz 0.

4) Adiabātiskais process:

Nav siltuma apmaiņas ar vidi. Pirmais termodinamikas likums izpaužas šādā formā:

d Q=0; dU+d A=0,

dU+d A=0; d A=-dU,

Adiabātiskā procesā darbs tiek veikts tikai gāzes iekšējās enerģijas zuduma dēļ.

Procesi, kurosd J=0 - adiabātisks. Adiabātiskos procesus vienmēr pavada ķermeņa temperatūras izmaiņas. Tā kā adiabātiskās izplešanās laikā darbs tiek veikts iekšējās enerģijas dēļ (1cal \u003d 4,19 J).

Darbs ar izoprocesiem.

1) Izohoriskais process:

V= konst

d A= pdV=0; A v =0,

Spiediena spēku darbs līdzsvara procesā ir skaitliski vienāds ar laukumu zem līknes, kas attēlo procesu uzPV- diagramma:

d A= pdV.

2) Izobariskais process:

p=const;

d A=pdV;

3) Izotermiskais process:

T= konst;

d A= pdV;

dV= RT;

;

Procesa līdzsvars:

4) Adiabātiskais process:

d J= dU+ pdV;

dU=-pdV,

d Q=0; dU=C v dT,

,

Mēs integrējam:

+ (γ-1) lnV = konst.,

(TV γ-1 )= konst.,

(TV γ-1 ) = konst -vienādojumsPuasona

;

RV γ = konst.

6. Siltuma jauda.

1) Ķermeņa siltumietilpība ir siltuma daudzums, kas jānodod ķermenim, lai tas uzsiltu par 1 0 AR.

C lpp = C V + R; C P > C V,

Siltuma jaudu var attiecināt uz masas vienību, vienu molu un tilpuma vienību. Attiecīgi: specifiska, molāra, tilpuma ([J / kg * grādi]; [J / mol * grādi]; [J / m 3* grāds]).

2) Siltuma jauda reālās gāzēs:

Mola iekšējā enerģija:

N a k= R,

ir viena mola siltumietilpība nemainīgā tilpumā (v= konst).

;

– viena mola siltumietilpība pastāvīgā spiedienā (lpp= konst).

Īpašs karstums.

[ ] ;

Valsts funkcija.

W= U+ PV; C lpp > C v

Sildot, saglabājot P daļuJiet uz paplašināšanos. Tikai paplašinot var R.

Izoterma:PV= konst;

Adiabāts:PV γ = konst;

PV γ

Tā kā γ>1, tad adiabātiskā līkne ir stāvāka nekā izoterma.

;

C v dT + pdV=0;

d A=pdV=-C v dT;

PV γ =P 1 V 1 γ ,

Ir divi enerģijas pārnešanas veidi no viena ķermeņa uz otru - tas ir dažu ķermeņu darbs uz citiem un siltuma pārnešana. Mehāniskās kustības enerģiju var pārvērst siltuma kustības enerģijā un otrādi. Šādās enerģijas pārejās tiek izpildīts enerģijas nezūdamības likums. Ja to piemēro termodinamikā aplūkotajiem procesiem, enerģijas nezūdamības likumu sauc par termodinamikas pirmo likumu (vai pirmo likumu). Šis likums ir empīrisko datu vispārinājums.

Termodinamikas pirmā likuma apgalvojums

Pirmais termodinamikas likums ir formulēts šādi:

Siltuma daudzums, kas tiek piegādāts sistēmai, tiek tērēts šīs sistēmas darba veikšanai (pret ārējiem spēkiem) un tās iekšējās enerģijas izmaiņām. Matemātiskā formā pirmo termodinamikas likumu var uzrakstīt integrālā formā:

kur ir siltuma daudzums, ko saņem termodinamiskā sistēma; - aplūkojamās sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas; A ir darbs, ko sistēma veic ārējiem ķermeņiem (pret ārējiem spēkiem).

Diferenciālā formā pirmais termodinamikas likums ir uzrakstīts šādi:

kur ir siltuma daudzuma elements, ko sistēma saņem; - bezgalīgi mazs darbs, ko veic termodinamiskā sistēma; ir elementāras izmaiņas aplūkojamās sistēmas iekšējā enerģijā. Jāņem vērā, ka formulā (2) - elementāras iekšējās enerģijas izmaiņas ir kopējā diferenciāle, atšķirībā no un .

Siltuma daudzums tiek uzskatīts par pozitīvu, ja sistēma saņem siltumu, un par negatīvu, ja siltums tiek noņemts no termodinamiskās sistēmas. Darbs būs lielāks par nulli, ja to veiks sistēma, un darbs tiks uzskatīts par negatīvu, ja to sistēmā veic ārējie spēki.

Gadījumā, ja sistēma atgriezīsies sākotnējā stāvoklī, tās iekšējās enerģijas izmaiņas būs vienādas ar nulli:

Šajā gadījumā saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu mums ir:

Izteiksme (4) nozīmē, ka pirmā veida mūžīgā kustība nav iespējama. Tas ir, principiāli nav iespējams izveidot periodiski strādājošu sistēmu (siltuma dzinēju), kas veiktu darbu, kas būtu lielāks par siltuma daudzumu, ko sistēma saņem no ārpuses. Apgalvojums par pirmā veida mūžīgās kustības mašīnas neiespējamību ir arī viena no iespējām, kā formulēt pirmo termodinamikas likumu.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Vingrinājums	Cik daudz siltuma () tiek nodots ideālai gāzei ar tilpumu V izohoriskās karsēšanas procesā, ja tās spiediens mainās par ? Apsveriet, ka gāzes molekulas brīvības pakāpju skaits ir vienāds ar i.
Risinājums	Problēmas risināšanas pamatā ir pirmais termodinamikas likums, ko izmantosim integrālā formā: Tā kā saskaņā ar problēmas stāvokli process ar gāzi ir izohorisks (), tad darbs šajā procesā ir nulle, tad pirmais izohoriskā procesa termodinamikas likums būs šāds: Iekšējās enerģijas izmaiņas nosaka pēc formulas: kur i ir gāzes molekulas brīvības pakāpju skaits; - vielas daudzums; R ir universālā gāzes konstante. Tā kā mēs nezinām, kā attiecīgajā procesā mainās gāzes temperatūra, mēs izmantojam Mendeļejeva-Klapeirona vienādojumu, lai atrastu: Izteiksim temperatūru no (1.4), uzrakstīsim formulas diviem aplūkojamās sistēmas stāvokļiem: Izmantojot izteiksmes (1.5), mēs atrodam: No izteiksmēm (1.3) un (1.6) izriet, ka izohoriskam procesam iekšējās enerģijas izmaiņas var atrast šādi: Un no pirmā termodinamikas likuma mūsu procesam (pie ) mums ir šāds:
Atbilde

2. PIEMĒRS

Vingrinājums

Atrodiet skābekļa iekšējās enerģijas (), tā veiktā darba (A) un saņemtā siltuma daudzuma () izmaiņas procesā (1-2-3), kas norādīts grafikā (1. att.) . Apsveriet, ka m 3; 100 kPa; m 3; kPa.

Risinājums

Iekšējās enerģijas izmaiņas nav atkarīgas no procesa gaitas, jo iekšējā enerģija ir stāvokļa funkcija. Tas ir atkarīgs tikai no sistēmas beigu un sākuma stāvokļiem. Tāpēc mēs varam rakstīt, ka iekšējās enerģijas izmaiņas procesā 1-2-3 ir: kur i ir skābekļa molekulas brīvības pakāpju skaits (tā kā molekula sastāv no diviem atomiem, mēs uzskatām ), ir vielas daudzums, . Temperatūras starpību var atrast, izmantojot ideālās gāzes stāvokļa vienādojumu un aplūkojot procesa grafiku:

Sistēmām, kurās radības, ir svarīgi termiskie procesi (siltuma absorbcija vai izdalīšanās). Saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu, termodinamikas sistēma (piem., tvaiks siltuma dzinējā) var darboties tikai tās iekšējās dēļ. enerģijas jeb k.-l. ext. enerģijas avots. Pirmais termodinamikas likums bieži tiek formulēts kā pirmā veida pastāvīgas kustības mašīnas pastāvēšanas neiespējamība, kas darbotos bez enerģijas iegūšanas no kāda avota.

P Pirmais termodinamikas likums ievieš ideju par sistēmas iekšējo enerģiju kā stāvokļa funkciju. Kad sistēma tiek informēta par noteiktu siltuma daudzumu Q, iekšējais mainās. sistēmas DU enerģija un sistēma darbojas A:

DU = Q + A.

P Pirmais termodinamikas likums nosaka, ka katru sistēmas stāvokli raksturo noteikta iekšējā vērtība. enerģija U neatkarīgi no tā, kā sistēma tiek nogādāta noteiktā stāvoklī. Atšķirībā no U vērtībām, A un Q vērtības ir atkarīgas no procesa, kas izraisīja sistēmas stāvokļa izmaiņas. Ja sākuma un beigu stāvokļi a un b ir bezgalīgi tuvi (pārejas starp šādiem stāvokļiem sauc par bezgalīgi maziem procesiem), pirmais termodinamikas likums tiek uzrakstīts šādi:

Tas nozīmē, ka bezgalīgi nelielas izmaiņas ext. enerģija dU ir stāvokļa funkcijas kopējā diferenciāle,tie. integrālis \u003d U b - U a, savukārt bezgalīgi mazi siltuma un darba daudzumi nav atšķirīgi. vērtības, t.i. šo bezgalīgi mazo lielumu integrāļi ir atkarīgi no izvēlētā pārejas ceļa starp stāvokļiem a un b (dažreiz tos sauc par nepilnīgiem diferenciāļiem).

No kopējā Y tilpuma sistēmas radīto darbu skaita var izdalīt atgriezeniskas izotermas darbu. paplašinājumi saskaņā ar darbības ārējo spiediens p e , vienāds ar p e V, un visi citi darba veidi, no kuriem katrs var tikt attēlots kā noteikta vispārināta spēka reizinājums, kas iedarbojas uz sistēmu no vides ar vispārinātu koordinātu x i , kas mainās attiecīgās vispārinātās iedarbības ietekmē. spēku. Bezgalīgi mazam procesam

P Pirmais termodinamikas likums ļauj aprēķināt maks. darbs iegūts ar izotermisko ideālas gāzes izplešanās, izotermiska. šķidruma iztvaikošana pastā. spiedienu, noteikt adiabātiskus likumus. gāzu izplešanās utt. Pirmais termodinamikas likums ir termoķīmijas pamats, kurā aplūkotas sistēmas, kurās siltums tiek absorbēts vai atbrīvots ķīmisko vielu rezultātā. p-cijas, fāžu transformācijas. vai izšķīdināšana (atšķaidīšanas šķīdumi).

Ja sistēma apmainās ar vidi ne tikai enerģiju, bet arī in-tion (sk. Atvērtā sistēma), izmaiņa ext. sistēmas enerģija pārejas laikā no sākuma stāvokļa uz beigu stāvokli papildus darbam A un siltumam Q ietver arī t.s. masas enerģija Z. Bezgalīgi mazu masas enerģijas daudzumu bezgalīgi mazā procesā nosaka ķīmija. katras sistēmas sastāvdaļas potenciāli m k:= , kur dN k ir bezgalīgi mazas k-tās komponentes molu skaita izmaiņas apmaiņas ar vidi rezultātā.

Kvazistatiskā gadījumā process, Kromā sistēma katrā laika momentā ir līdzsvarā ar vidi, pirmajam termodinamikas likumam kopumā ir pēda. paklājs. izteiksme:

kur p un m k ir vienādi ar attiecīgajām vērtībām

Pirmais termodinamikas likums

Pirmais termodinamikas likums ir enerģijas nezūdamības likums, viens no universālajiem dabas likumiem (kopā ar impulsa, lādiņa un simetrijas saglabāšanas likumiem):

Enerģija ir neiznīcināma un neradīta; tas var mainīties no vienas formas uz otru tikai līdzvērtīgās proporcijās.

Pirmais termodinamikas likums ir postulāts – tas nav loģiski jāpierāda vai jāatvasina no kādiem vispārīgākiem noteikumiem. Šī postulāta patiesumu apstiprina fakts, ka neviena no tā sekām nav pretrunā ar pieredzi. Šeit ir vēl daži pirmā termodinamikas likuma formulējumi:

Izolētas sistēmas kopējā enerģija ir nemainīga;

Pirmā veida mūžīgā kustība (dzinējs, kas darbojas, netērējot enerģiju) nav iespējams.

Pirmais termodinamikas likums nosaka sakarību starp siltumu Q, darbu A un sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņām ∆U:

Sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas ir vienādas ar sistēmai nodotā ​​siltuma daudzumu mīnus sistēmas veiktā darba apjoms pret ārējiem spēkiem.

∆U = Q-A (1,1)

dU = δQ-δA (1,2)

Vienādojums (1.1) ir 1. termodinamikas likuma matemātisks apzīmējums galīgajam, vienādojums (1.2) - bezgalīgi mazām sistēmas stāvokļa izmaiņām.

Iekšējā enerģija ir valsts funkcija; tas nozīmē, ka iekšējās enerģijas ∆U izmaiņas nav atkarīgas no sistēmas pārejas ceļa no stāvokļa 1 uz stāvokli 2 un ir vienādas ar starpību starp iekšējās enerģijas U 2 un U 1 vērtībām šajos stāvokļos:

∆U \u003d U 2 -U 1 (1,3)

Jāņem vērā, ka nav iespējams noteikt sistēmas iekšējās enerģijas absolūto vērtību; termodinamika interesē tikai iekšējās enerģijas izmaiņas procesa laikā.

Apsveriet pirmā termodinamikas likuma pielietojumu, lai noteiktu sistēmas veikto darbu dažādos termodinamiskos procesos (apskatīsim vienkāršāko gadījumu - ideālas gāzes izplešanās darbu).

Izohorisks process (V = const; ∆V = 0).

Tā kā izplešanās darbs ir vienāds ar spiediena un tilpuma izmaiņu reizinājumu, izohoriskam procesam mēs iegūstam:

Izotermisks process (T = const).

No ideālas gāzes viena mola stāvokļa vienādojuma iegūstam:

δA = PdV = RT(I.7)

Integrējot izteiksmi (I.6) no V 1 uz V 2 , iegūstam

A=RT= RTln= RTln (1.8)

Izobāriskais process (P = const).

Qp = ∆U + P∆V (1,12)

Vienādojumā (1.12) mēs grupējam mainīgos ar vienādiem indeksiem. Mēs iegūstam:

Q p \u003d U 2 -U 1 + P (V 2 - V 1) \u003d (U 2 + PV 2) - (U 1 + PV 1) (1,13)

Ieviesīsim jaunu sistēmas stāvokļa funkciju - entalpiju H, kas ir identiski vienāda ar iekšējās enerģijas summu un spiediena un tilpuma reizinājumu: H = U + PV. Pēc tam izteiksme (1.13) tiek pārveidota šādā formā:

Qp= H2-H1 =∆H(1.14)

Tādējādi izobāra procesa termiskais efekts ir vienāds ar sistēmas entalpijas izmaiņām.

Adiabātiskais process (Q= 0, δQ= 0).

Adiabātiskā procesā izplešanās darbs tiek veikts, samazinot gāzes iekšējo enerģiju:

A = -dU=C v dT (1,15)

Ja Cv nav atkarīgs no temperatūras (kas attiecas uz daudzām reālām gāzēm), darbs, ko gāze rada tās adiabātiskās izplešanās laikā, ir tieši proporcionāls temperatūras starpībai:

A = -C V ∆T (1,16)

Uzdevums numurs 1. Atrodiet iekšējās enerģijas izmaiņas, iztvaicējot 20 g etanola tā viršanas temperatūrā. Etilspirta īpatnējais iztvaikošanas siltums šajā temperatūrā ir 858,95 J/g, īpatnējais tvaika tilpums ir 607 cm 3 /g (neņem vērā šķidruma tilpumu).

Risinājums:

1. Aprēķināt 20 g etanola iztvaikošanas siltumu: Q=q sp m=858,95J/g 20g = 17179J.

2. Aprēķiniet darbu, lai mainītu 20 g spirta tilpumu, pārejot no šķidra stāvokļa uz tvaiku: A= P∆V,

kur P ir spirta tvaika spiediens ͵ vienāds ar atmosfēras spiedienu, 101325 Pa (jo jebkurš šķidrums vārās, ja tā tvaika spiediens ir vienāds ar atmosfēras spiedienu).

∆V \u003d V 2 -V 1 \u003d V W -V p, jo V<< V п, то объмом жидкости можно пренебречь и тогда V п =V уд ·m. Cледовательно, А=Р·V уд ·m. А=-101325Па·607·10 -6 м 3 /г·20г=-1230 Дж

3. Aprēķiniet iekšējās enerģijas izmaiņas:

∆U \u003d 17179 J - 1230 J \u003d 15949 J.

Tā kā ∆U>0, līdz ar to etanola iztvaikošanas laikā notiek spirta iekšējās enerģijas pieaugums.

Pirmais termodinamikas likums – jēdziens un veidi. Kategorijas "Pirmais termodinamikas likums" klasifikācija un pazīmes 2017, 2018.

- Pirmais termodinamikas likums. Iekšējā enerģija, siltums. Gāzes darbs izplešanās laikā.

Ķermeņu īpašības to mehāniskās un termiskās mijiedarbības laikā var diezgan labi aprakstīt, pamatojoties uz molekulāri-kinētisko teoriju. Saskaņā ar šo teoriju visi ķermeņi sastāv no mazākajām daļiņām - atomiem, molekulām vai joniem, kas atrodas ....

- Pirmais termodinamikas likums.

Iekšējā enerģija var mainīties galvenokārt divu procesu dēļ: sakarā ar darbu, kas tiek veikts sistēmā, un sakarā ar noteikta siltuma daudzuma saziņu ar sistēmu. Piemēram, darbs mainās, virzulim kustoties, kad ārējie spēki iedarbojas uz gāzi, ... .

- Pirmais termodinamikas likums, termodinamiskie izoprocesi.

- Pirmais termodinamikas likums

. (2) Šeit tiek domāts ķermeņa veiktais darbs. Bezgalīgi nelielas siltuma daudzuma izmaiņas, kā arī, ne vienmēr ir pilnīga atšķirība. Saskaņā ar definīciju iekšējā enerģija ir termodinamiskās sistēmas stāvokļa vienvērtīga funkcija....

- 3. lekcija. Pirmais termodinamikas likums un ķermeņu termiskās īpašības.

Termiskos procesus var iedalīt divos galvenajos veidos - kvazistatiskajos (kvazi-līdzsvara) un nelīdzsvarotajos. Kvazistatiskie procesi sastāv no nepārtrauktas līdzsvara stāvokļu sekošanas vienam pēc otra. Lai aprakstītu šādu procesu, varat izmantot ....

- Iekšējā enerģija, pirmais termodinamikas likums.

1. tēma. Molekulārās fizikas un termodinamikas pamati. Kopsavilkums. Visus šos procesus var uzskatīt par īpašiem gadījumiem sarežģītākam procesam, kurā spiediens un tilpums ir saistīti ar vienādojumu. (10) Ja n = 0, vienādojums apraksta izobāru, ja n = 1 –... .

- Iekšējā enerģija, pirmais termodinamikas likums

Līdzsvara procesi ideālā gāzē. Ideālas gāzes siltumietilpība. 4. Līdzsvara procesu veidi Definīcija 1. Objekta iekšējā enerģija ir daļa no tā kopējās enerģijas mīnus objekta kustības kinētiskā enerģija, kā ... .