Закон сохранения энергии

Введение.

Вопросы лекции:

· Закон сохранения энергии.

· Внутренняя энергия. Первое начало термодинамики.

· Энтальпия.

· Полезная внешняя работа.

· Теплоёмкость простой термодинамической системы.

· Внутренняя энергия и энтальпия идеального газа.

· Теплоёмкости идеального газа.

· Энтропия идеального газа.

3. Заключение.

 

К следующему занятию курсанты должны:

ЗНАТЬ: смысл и эквивалентные формулировки первого начала термодинамики; методы вычисления теплоемкости простой термодинамической системы.

УМЕТЬ: вычислять функции состояния и теплоемкости (при постоянном давлении и при постоянном объеме) термодинамической системы.

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ: о принципах построения аппарата термодинамики, молекулярно-кинетическом определении идеального газа, теореме о равнораспределении энергии по степеням свободы молекулы.

4. Задания на самоподготовку:

· конспект лекций

· понятие об интерполировании, см. Приложение 2, ТЕПЛОТЕХНИКА: Учебный справочник / Под ред. д.т.н., проф. Н.М. Барбина. Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2009.

 

Как и любая наука, термодинамика базируется на некоторых общих принципах, называемых началами или законами. В термодинамике формулируется очевидный нулевой закон, согласно которому любая изолированная макроскопическая система с течением времени приходит в равновесное состояние. Это означает, что любая равновесная система должна обладать параметром равновесия, называемым температурой.

Другой термодинамический принцип, известный под названием первого начала термодинамики, представляет собой закон сохранения полной энергии, применённый к макроскопическим системам, в которых имеет существенное значение понятие теплоты. Закон сохранения энергии говорит о том, что если макроскопическая система взаимодействует с окружающей средой, то изменение полной энергии системы в точности равно изменению энергии окружающей среды с обратным знаком, т.е.:

(2.1)

Закон сохранения энергии может быть сформулирован в виде утверждения о невозможности построить вечный двигатель I рода - искусственно созданное устройство конечных размеров, которое позволяло бы неопределённо долго получать полезную работу без затраты энергии извне.

Левая часть в записи закона сохранения энергии (2.1) может быть вычислена или экспериментально получена с помощью механических измерений. Правая же часть, т.е. изменение полной энергии всей окружающей среды, не может быть ни вычислена, ни измерена. Однако, предполагая, что обмен энергией между системой и окружающей средой происходит через оболочку системы, мы можем не интересоваться изменением энергии внешней среды, а вычислять непосредственно воздействия, т.е. работуL и теплоту Q. Таким образом, можно записать:

(2.2)

и отбросить за ненадобностью Тогда равенство (2.2) может быть записано в алгебраической форме:

(2.3)

Здесь знаки перед L и Q выбраны в соответствии с принятым в теплоэнергетике условием: положительными считаются работа, совершаемая системой над внешними телами, и теплота, подводимая от окружающей среды к системе.