Количество теплоты, внутренняя энергия, первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам.

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние.

Виды:

Нагревание/охлаждение:

Q = cmΔT, где с - удельная теплоемкость [Дж/кг·К], m - масса тела [кг], ΔT - изменение температуры [К]

Парообразование/конденсация: Q = Lm, где L - удельная теплота парообразования

Плавление/кристализация: Q = λm, где λ (- удельная теплота плавления [Дж/кг]

Сгорания: Q = qm, где q - удельная теплота сгорания [Дж/кг], m - масса тела [кг]

 

Внутренняя энергия (ΔU) – энергия механического движения и взаимодействия (микро)частиц, составляющих (макро)ТДС, а также энергия электронных оболочек и взаимодействия нуклонов (протонов и нейтронов) в ядрах атомов.

 

Первый закон термодинамики — — один из трёх основных законов термодинамики, Изменение внутренней энергии ΔU не изолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A внешних сил

 

Первый закон термодинамики в изопроцессах

1. В изохорном процессе (V=const). При изохорном процессе объем газа остается постоянным, поэтому газ не совершает работу. Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами:

U1 и U2 – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры. При изохорном нагревании тепло поглощается газом Q > 0, и его внутренняя энергия увеличивается, при охлаждении тепло отдается внешним телам Q < 0

2. В изобарном процессе (P=const). При изобарном расширении газа подведенное к нему количество теплоты расходуется как на увеличение его внутренней энергии и на совершение работы газом:

При изобарном расширении Q > 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T2 < T1; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.

3. В изотермическом процессе (T=const). При изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0.

Количество теплоты Q, полученной газом в процессе изотермического расширения, превращается в работу над внешними телами. При изотермическом сжатии работа внешних сил, произведенная над газом, превращается в тепло, которое передается окружающим телам

4. В адиабатном процессе (Q=0). При адиабатном процессе первый закон термодинамики выглядит:

То есть газ совершает работу за счет убыли его внутренней энергии. При адиабатическом расширении газ совершает положительную работу (A > 0); поэтому его внутренняя энергия уменьшается (ΔU < 0). Это приводит к понижению температуры газа.