ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Первое начало термодинамики из "Прикладная термодинамика и теплопередача " Согласно закону сохранения и превращения энергии, являющемуся наиболее общим, универсальным законом природы, применимым ко всем явлениям и процессам, энергия изолированной системы (равная сумме всех видов энергии, имеющихся в системе) при любых происходящих в системе процессах не меняется энергия не уничтожается и не создается вновь. [c.12] Наличие многих видов энергии обусловлено качественным различием конкретных форм движения материальных тел. Взаимные превращения энергии тел отражают безграничную способность движения переходить из одних форм в другие следовательно, сохранение энергии выражает собой факт неуничтожимости движения материального мира. [c.13] Закон сохранения и превращения энергии в историческом аспекте является дальнейшим развитием и конкретизацией всеобщего закона сохранения материи и движения, открытого М. В. Ломоносовым. [c.13] После Ломоносова-обоснованием и развитием закона сохранения и превращения энергии занимались русский академик Г. И. Гесс (1840 г.), Джоуль (1840 г.), Майер (1842 г.), Гельмгольц (1847 г.). [c.13] Первое экспериментальное подтверждение эквивалентности тепла и работы — известный опыт Джоуля. В этом опыте (точнее, во многих опытах) механическая работа превращалась в тепло за счет действия сил трения, причем количеству затраченной работы соответствовало всегда вполне определенное количество выделившейся теплоты. Тем самым была доказана эквивалентность теплоты и работы и установлен механический эквивалент теплоты, оказавшийся в опытах Джоуля весьма близким к современному значению его (различие не превосходит 8%). [c.13] Обозначим Е общую энергию термодинамической системы независимо от тех конкретных форм, в которых она имеется в системе. Согласно закону сохранения и превращения энергии полная энергия замкнутой или изолированной термодинамической системы не изменяется с течением времени, т. е. [c.13] В самом деле, пусть окружающие тела не изменяют своего объема, а следовательно, и не производят работы. Тогда рассматриваемая термодинамическая система вместе с окружающими телами составляет адиабатически изолированную сложную систему и притом такую, что вся работа этой сложной системы совершается первоначальной системой и равняется Ь. Обозначим энергию окружающих тел Е, а энергию сложной системы, равную сумме энергий первоначальной системы и окружающих тел, . Тогда согласно уравнению (1.7) Е2 — Е = — Ь, т. е. (Е2 + Е2) — ( 1 + Е ) = — Ь, откуда следует Е — Ег = — Е2 — Ь. [c.13] Заменив в предыдущем уравнении разность Е — Е величиной Q, получим уравнение (1.8). [c.13] Согласно уравнению (1.8) изменение энергии термодинами ческой системы равно разности между полученным системой количеством теплоты Q и совершенной ею работой Ь это уравнение представляет собой выражение первого начала термодинамики. Оно было сформулировано для закрытой системы, но в действительности имеет силу для любой термодинамической системы. [c.14] Из этого следует, что работа, произведенная системой в результате кругового процесса, в точности равна количеству полученной ею извне теплоты. [c.14] Работа, совершаемая телом в круговом процессе, равняется убыли энергии окружаюш их тел. Действительно, из уравнения (1.10) видно, что работа численно равна количеству теплоты Q, полученной телом от окружаюш их тел. Но согласно выражению (1.9) полученная телом теплота равна убыли энергии окружающих тел, т. е. Q = Е — Е2. Подставив вместо равную ему величину получим ( dL = Е — Е2. Отсюда следует, что если j dL Ф О, то состояния окружающих тел в начале и конце кругового процесса, совершенного телом, различны и, следовательно, внешние тела, а также вся система в целом кругового процесса при этом не совершают. [c.14] Чтобы установить физическое содержание функций Uni, сравним сначала уравнение (1.12) с уравнением (1.8), описываюш им изменение полной энергии системы. Из этого сопоставления следует, что внутренняя энергия есть собственная энергия тела. [c.15] С точки зрения молекулярной теории внутренняя энергия любого тела, пред-ставляюш его собой совокупность большого числа элементарных частиц (молекул, атомов, ионов и т. д.), есть энергия всех составляюш их тело частиц и равна сумме их кинетической и потенциальной энергий. [c.15] Энтальпия же согласно выражению (1.14) есть не что иное, как полная энергия, связанная с данным состоянием тела она состоит из внутренней энергии U тела и величины pV, представляюш ей собой работу, которую нужно было бы затратить для того, чтобы ввести тело объемом V во внешнюю среду, имеюш ую повсюду одинаковое давление р, равное давлению тела в данном состоянии. Можно сказать также, что pV — потенциальная энергия связи данного тела с окружаюш ей средой, когда эта связь осуществляется исключительно через внешнее давление. Это означает, что энтальпия равна сумме внутренней энергии системы и потенциальной энергии находящегося с ней в механическом равновесии внешнего источника работы, каковым считается окружающая среда (механическое равновесие означает, что источник работы оказывает на систему внешнее давление, равное давлению внутри системы). [c.15] Превышение I над U сопряжено с наличием внешней среды оно тем больше, чем больше давление. [c.15] Другими словами, энтальпия тела — полная энергия расширенной системы, состоящей из тела и окружающей среды (за вычетом внутренней энергии последней). [c.16] Внутренняя энергия и энтальпия тела имеют, как уже указывалось, в каждом из состояний вполне определенное и притом единственное значение, т. е. являются функциями состояния. [c.16] Таким образом, допущение о неоднозначности внутренней энергии (и энтальпии) приводит к противоречию с первым началом термодинамики. [c.16] Изменение энтальпии в процессах, происходящих без совершения полезной внешней работы, в частности при изобарическом процессе, равно количеству теплоты полученной системой, т. е. [c.17] Из равенства (1.16) ясно, почему энтальпию называют также тепловой функ-цией. [c.17] Вернуться к основной статье