Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Перший початок термодинаміки


Thermodynamics navigation image.svg

План:


Введення

Почала термодинаміки
Thermodynamics navigation image.svg
Стаття є частиною серії " Термодинаміка ".
Нульове початок термодинаміки
Перший початок термодинаміки
Другий початок термодинаміки
Третій початок термодинаміки
Розділи термодинаміки
Почала термодинаміки
Рівняння стану
Термодинамічні величини
Термодинамічні потенціали
Термодинамічні цикли
Фазові переходи
правити
Див також "Фізичний портал"

Перший початок термодинаміки - один з трьох основних законів термодинаміки, являє собою закон збереження енергії для термодинамічних систем.

Перший початок термодинаміки було сформульовано в середині XIX століття в результаті робіт німецького вченого Ю. Р. Майера, англійського фізика Дж. П. Джоуля і німецького фізика Г. Гельмгольца [1]. Відповідно до першого початку термодинаміки, термодинамічна система може здійснювати роботу тільки за рахунок своєї внутрішньої енергії або яких-небудь зовнішніх джерел енергії. Перший початок термодинаміки часто формулюють як неможливість існування вічного двигуна першого роду, який здійснював би роботу, не черпаючи енергію з якого-небудь джерела.


1. Формулювання

Існує кілька еквівалентних формулювань першого початку термодинаміки

У будь ізольованій системі запас енергії залишається постійним. [2] Це - формулювання Дж. П. Джоуля (1842 р.).

Кількість теплоти, отримане системою, йде на зміну її внутрішньої енергії та здійснення роботи проти зовнішніх сил

Зміна внутрішньої енергії системи при переході її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил і кількості теплоти, переданого системі, тобто, воно залежить тільки від початкового і кінцевого стану системи і не залежить від способу, яким здійснюється цей перехід. Це визначення особливо важливо для хімічної термодинаміки [2] (зважаючи на складність розглянутих процесів). Іншими словами, внутрішня енергія є функцією стану. У циклічному процесі внутрішня енергія не змінюється.

\ Oint dU = 0

Зміна повної енергії системи в квазістатичного процесу дорівнює кількості теплоти Q , Повідомленою системі, в сумі зі зміною енергії, пов'язаної з кількістю речовини N при хімічному потенціалі μ , Та роботи A ' [3], вчиненої над системою зовнішніми силами і полями, за вирахуванням роботи A , Досконалої самою системою проти зовнішніх сил

Δ U = Q - A + μΔ N + A ' .

Для елементарного кількості теплоти δ Q , Елементарної роботи δ A та малого збільшення d U внутрішньої енергії перший закон термодинаміки має вигляд:

d U = δ Q - δ A + μ d N + δ A ' .

Поділ роботи на дві частини, одна з яких описує роботу, зроблену над системою, а друга - роботу, зроблену самою системою, підкреслює, що ці роботи можуть бути здійснені силами різної природи внаслідок різних джерел сил.

Важливо зауважити, що d U і d N є повними диференціалами, а δ A і δ Q - Ні.


2. Окремі випадки

Розглянемо кілька окремих випадків:

  1. Якщо δ Q> 0 , То це означає, що тепло до системи підводиться.
  2. Якщо δ Q <0 , Аналогічно - тепло відводиться.
  3. Якщо δ Q = 0 , То система не обмінюється теплом з навколишнім середовищем і називається адіабатично ізольованої.

Узагальнюючи: в кінцевому процесі 1 \ to 2 елементарні кількості теплоти можуть бути будь-якого знака. Загальна кількість теплоти, яку ми назвали просто Q - Це алгебраїчна сума кількостей теплоти, що повідомляються на всіх дільницях цього процесу. В ході процесу теплота може надходити в систему або йти з неї різними способами.

При відсутності роботи над системою і потоків енергії-речовини, коли δ A '= 0 , δ Q = 0 , d N = 0 , Виконання системою роботи δ A призводить до того, що Δ U <0 , І енергія системи U убуває. Оскільки запас внутрішньої енергії U обмежений, то процес, в якому система нескінченно довгий час виконує роботу без підведення енергії ззовні, неможливий, що забороняє існування вічних двигунів першого роду.

Перший початок термодинаміки:

  • при Ізобаричний процесі

\ Q = \ Delta U + A = \ Delta U + p \ Delta V

  • при ізохорно процесі ( A = 0 )

\ Q = \ Delta U = {m \ over M} C_V \ Delta T

  • при ізотермічному процесі U = 0)

\ Q = A = {m \ over M} R T \ ln {V_2 \ over V_1}

Тут \ M - маса газу, \ M - молярна маса газу, \ C_V - молярна теплоємність при постійному об'ємі, \ P, V, T - тиск, обсяг і температура газу відповідно, причому останнє рівність вірно тільки для ідеального газу.


Примітки

  1. Льоцци М. Історія фізики. - М.: Мир, 1970. С. 231-235.
  2. 1 2 Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Фізична хімія: Учеб. для хім.-тех. спец. вузів / За ред. А. Г. Стромберга. - 2-е изд., Перераб. і доп. Москва: Вища школа, 1988р .- 496 с .- с.62
  3. Відповідно до рекомендацій ІЮПАК роботу в хімічної термодинаміки слід позначати як W - див англ. ER Cohen, T. Cvitas, JG Frey, B. Holmstrm, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, HL Strauss, M. Takami, and AJ Thor, "Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry", IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008) - p. 56.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Нульове початок термодинаміки
Другий початок термодинаміки
Третій початок термодинаміки
Почала термодинаміки
Другий закон термодинаміки
Початок
Початок координат
Початок Століття (група)
Початок (фільм, 1970)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru