Termodünaamika esimene seadus on kõik, mis on olemas

Termodünaamilise õppimise teema on kõikides oma ilmingutes energia ja mis kõige tähtsam, energia ühest liigist teise liikumiseks. Nii juhtus, et mõiste ise tekkis energiaalaste teaduslike uuringute ajal ja sel ajal oli erinevate energiaallikate loend siiski väike - mehaaniline ja termiline. Seetõttu tähistas termin "termodünaamika" kõige paremini subjekti olemust - liikumist (ülekandmist) ja kuumuse muundamist mehaaniliseks tööks ja vastupidi. Järk-järgult leidsid aset mõisted, mis iseloomustavad termilisi protsesse: termotuumasüntees, soojusvõimsus ja lõpuks üksus soojuskalorite hulga mõõtmiseks (1772, M. Wilke). Möödub palju aega ja sõnastatakse esimene termodünaamika seadus, kuid iga samm oli paljude teadlaste vaevatu töö tulemus.

Termodünaamika seaduste uurimiseks on vastu võetud teatavad konventsioonid, mis võimaldavad uuritavat objekti isoleerida ja täpsustada selle uuritavaid omadusi. Uuritavad objektid on suure hulga osakestega suletud süsteemid. Kui süsteemis on võimalik kindlaks määrata teatud mahu piirid, siis nimetatakse seda keha. Nii ilmnes termodünaamilise tegevuse peamine osaleja: teatud koguses suletud osakeste süsteem on ideaalne gaas. Energiatransformatsioonide protsessis muudab termodünaamiline süsteem oma olekut, ja neid muutusi kirjeldavad kontseptsioonide komplektid - protsessi parameetrid. Kui temperatuuri T, maht V ja rõhku P võetakse parameetrina, siis need on piisavad, et kirjeldada mis tahes termodünaamilist protsessi. Kõiki süsteeme peetakse ainult tasakaalustatud olekuteks. Tasakaalu loomine, näiteks soojus, on soojusülekande protsess - midagi jahtub ja midagi soojeneb. Samal ajal on kogused "andnud-saanud", nagu esimene termodünaamika seadus väidab, on samad. Ja siin on peamine ülesanne, mille teadlased lahendavad sajandeid: energiavahetuse osaliste otsimine ja nende rolli määratlemine protsessis.

Termodünaamika teoreetilise aparatuuri aluseks on 3 seadust. Eeldatakse, et keha võib energiat imada, suurendades selle sisemist (näiteks kuumutamist) ja / või oma sisemist energiat, et töötada välise jõu ületamisel (näiteks kolvi surudes). Sellest lähtuvalt tõlgendatakse termodünaamika esimest seadust järgmiselt: keha U sisemise energia muutus on tema poolt neelatud energia energia summa ja energiaväli A. Matemaatiliselt väljendatakse seda infinitiaalsete muutuste poolest järgmiselt:

DU = dQ + dA (1)

Tegelikult on see energia säilitamise seadus, võime öelda, olemise õigus.

Termodünaamiliste protsesside iseärasusi vaadeldakse tavaliselt mudelis, kus töökorpus võtab ideaalse gaasi, mida kolvide abil saab kuumutada ja / või mehaaniliselt töödelda väändejõud (tihendus laienemine) ja üks parameetritest - rõhk P, maht V või temperatuur T On võrdne konstandiga. Termodünaamika esimese seaduse rakendamine isoprotsessidele võimaldab kindlaks määrata konkreetsete tingimustega energia vastuvõtjate allikaid.

Isokoorne protsess tähendab, et V = const. Selle tagajärjeks on see, et mehaaniline töö pole saadaval, sest Maht ei muutu, soojendi tõttu muutub ainult sisemine energia ja siis: dA = pdV = 0 ja seega dU = dQ ja seda saab määrata suhetest:

DQ = (m / M) * CV * dT (2)

Seega on isokoorne protsess tingitud temperatuuri tõusust.

Isobariline protsess eeldab p = const ja see tingimus on täidetud, kui töökeskkond sooritab mehaanilist tööd, näiteks kolvi liigutamiseks. Kui me kasutame vaheldumisi kütteenergiat ja Mendelejeva-Klaiperoni võrrandit, siis saame lihtsalt saada gaasi mehaanilise töö arvutuse väljenduseks:

A = (m / M) * R * (T2-T1) (3)

R on gaasikonstant ja see tähendab gaasi mahu suurendamiseks ühe mooli koguses, kui temperatuur muutub ühe kraadi võrra. Kokkuvõte: isobarilisel protsessil täiendab gaasi kütteenergia (2) ja tarbib osa suurendatud sisemisest energiast laienemisega (3).

Protsess, mille käigus T = const termodünaamikast nimetatakse isotermiliseks. Selle peamine olemus seisneb selles, et kütte tõttu saadud sisemine energia kulub täielikult väliste jõudude ületamiseks. Isoprotsesside termodünaamika esimene seadus näitab, et püsiva kehatemperatuuri säilitamiseks moodustab selle sisemine energia mehaanilise töö tegemise maksumusest ja sõltub surve muutumisest. Arvutage, et need energiakulud võivad olla väljendist:

Q = A = (m / M) * R * T * (ln (p1 / p2)).