ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Первое начало термодинамики из "Газовая динамика " Если термодинамические параметры системы меняются со временем, то система претерпевает физический процесс, например, при изменении объема происходит процесс расширения (сжатия) системы, при изменении внешнего поля происходит процесс намагничивания или поляризации и т. д. Термодинамическое равновесие при этом, вообще говоря, нарушается. [c.18] Если термодинамическая система выведена из состояния равновесия и предоставлена сама себе, то через некоторое время она снова вернется в равновесное состояние (первое исходное положение). Этот процесс перехода системы в равновесное состояние называется релаксацией, а промежуток времени, в течение которого система приходит в равновесное состояние, называется временем релаксации. [c.18] ТО такой процесс называется нестатическим. [c.19] Рассмотрим следующий пример. Пусть газ находится в изолированном цилиндре с поршнем. Изменим очень быстро, по сравнению со временем релаксации, положение поршня так, чтобы прирост объема AV был мал равновесие газа будет нарушено. Вернем теперь газ в исходное состояние, и пусть объем вновь увеличится на ДУ, но уже в течение промежутка времени, очень большого по сравнению с временем релаксации. Эти два перехода существенно различны. В первом случае состояние газа изменялось и после того, как закончилось изменение внешнего параметра, это переход нестатический. Во втором случае восстановление равновесия происходило одновременно с изменением внешнего параметра. В этом случае переход протекал квазистатически. Опыт показывает, что многие действительные процессы можно принять квазистатическими. Кроме того, выводы, получаемые термодинамикой для квазистатических процессов, играют в термодинамике роль своего рода предельных теорем. [c.19] Движение материи лежит в основе всех явлений природы. Это относится также и к физическим явлениям (механическое движение, тепловое движение, электромагнитные, атомные и ядер-ные процессы и движение микрочастиц), сущность которых заключается в изменениях и взаимных превращениях друг в друга различных форм физического движения. Общая мера материального движения при его превращении из одного вида в другой называется энергией. Какие бы процессы в мире ни происходили, какие бы превращения форм движения ни совершались, всегда общее количество энергии остается неизменным. Энгельс впервые дал этому закону полное название закона сохранения и превращения энергии. Закон сохранения и превращения энергии играет важнейшую роль во всем естествознании. Закон сохранения и превращения энергии имеет две стороны количественную и качественную. Количественная сторона закона состоит в утверждении, что энергия системы является однозначной функцией ее состояния и при любых процессах в изолированной системе сохраняется качественная сторона закона состоит в возможности превращения различных форм движения друг в друга, отражает их взаимную связь. [c.19] Полная энергия системы разделяется на внешнюю и внутреннюю. Во внешнюю энергию входят энергия движения системы как целого и потенциальная энергия системы в поле внешних сил. Вся остальная часть энергии системы называется ее внутренней энергией. [c.20] В термодинамике обычно не рассматривается движение системы как целого и изменение ее потенциальной энергии при таком движении, поэтому энергией системы в термодинамике является ее внутренняя энергия. Внутренняя энергия системы включает энергию всех видов движения и взаимодействия входящих в систему частиц энергия поступатеЛьного и вращательного движения молекул и колебательного движения атомов, энергия молекулярного взаимодействия, внутриатомная энергия, внутриядерная энергия и др. Внутренняя энергия Е является внутренним параметром и, следовательно, при равновесии зависит от внешних параметров и температуры Е — Е (а , Т). [c.20] Зависимость внутренней энергии Е от температуры почти у всех встречающихся в окружающей нас природе систем такова, что с неограниченным ростом температуры внутренняя энергия также неограниченно растет. Но существуют необычные системы, совокупности ядерных спинов некоторых кристаллов, у которых внутренняя энергия с ростом температуры асимптотически приближается к конечному граничному значению. [c.20] При взаимодействии закрытой термодинамической системы с окружающей средой происходит обмен энергий. При этом возможны два различных способа передачи энергии с изменением внешних параметров системы и без изменения этих параметров. Первый способ передачи энергии, связанный с изменением внешних параметров, называется работой, второй способ без изменения внешних параметров называется теплотой, а сам процесс передачи—теплообменом. Так как Теплообмен не сопровождается макроскопическими перемещениями, то теплоту иногда называют микроскопической работой. Система, не обменивающаяся энергией с внешней средой только теплотой, называется адиабатически изолированной, или адиабатической. [c.20] Принято считать работу W положительной, если она производится системой над внешней средой, а теплоту Q положительной, если энергия передается системе. [c.20] Первое начало термодинамики является математическим выражением количественной стороны закона сохранения и превращения энергии. Оно было установлено в результате экспериментальных и теоретических исследований в естествознании. [c.21] Из первого начала термодинамики следует, что работа може совершаться или за счет изменения внутренней энергии, или за счет получения системой теплоты от внешней среды. [c.21] Первое начало термодинамики определяет энергию с точностью до постоянной интегрирования. Абсолютное значение энергии дается теорией относительности полная энергия пропорциональна релятивистской массе, внутренняя — массе покоя, причем в обоих случаях коэффициентом пропорциональности является квадрат скорости света в вакууме. В термодинамике обычно имеют дело только с разностями энергии тела в начальном и конечном состояниях. Поэтому учитывают только ту часть энергии, которая изменяется при таком переходе из одного состояния в другое. [c.22] Первое начало справедливо как для равновесных, так и для нестатических процессов. В последнем случае обобщенные силы А1 зависят от внешних и внутренних параметров и их производных по времени. [c.22] Для определения Су надо знать внутреннюю энергию как функцию температуры и объема. Для определения Ср надо знать еще и уравнение состояния. [c.23] Вернуться к основной статье