Теплота. Работа. Первое начало термодинамики - Систематика химических элементов

Все изменения внутренней энергии при ее переходе от одной системы к другой можно разбить на две группы.

В первую группу входят формы перехода энергии за счет хаотического столкновения молекул двух контактирующих тел. Мерой энергии, передаваемой таким способом, является Теплота.

Во вторую группу входят формы перехода энергии при перемещении масс, состоящих из большого числа частиц, под действием каких-либо сил. Сюда относятся поднятие тел в поле тяготения, переход электричества от большего потенциала к меньшему, расширение газа и т. д. Общей мерой энергии, передаваемой таким способом, является Работа, которая определяется как произведение величины пути, прошедшего системой под действием силы, на величину этой силы.

Рис. 10

Р-S - сила, действующая на поршень со стороны газа, где р - давление газа на поршень; S - площадь поршня.

Если поршень совершает бесконечно малое перемещение, то газ при этом совершает элементарную работу:

ДА = рSdH = рdV. (9)

Работа, совершаемая системой при переходе из состояния 1 в состояние 2, будет определяться следующей формулой:

, (10)

Где V1, V2 - Объемы, соответствующие начальному и конечному состояниям.

Рис. 11

Совершаемая работа будет равна площади V1, V2, которая зависит от пути перехода из состояния 1 в состояние 2. Поэтому о работе нельзя говорить, как о свойстве системы, т. е. системе нельзя приписать определенный запас работы. Работа является мерой изменения энергии при переходе системы из одного состояния в другое.

Теплотой называется форма непосредственной передачи энергии молекулами одной системы молекулам другой при их контакте. Мерой энергии, переданной таким способом в форме теплоты, является Количество теплоты.

Теплота, как и работа, зависит от способа перехода системы из одного состояния в другое, т. е. и работа, и теплота не являются функциями состояния, а являются Функциями процесса.

Теплота и работа являются качественно неравноценными формами передачи энергии.

Во-первых, в форме работы передается энергия упорядоченного движения, а в форме теплоты - энергия хаотического движения.

Во-вторых, передача энергии в форме работы может привести к изменению любого вида энергии системы, а в форме теплоты - только внутренней энергии.

Взаимосвязь между внутренней энергией, работой и теплотой устанавливается на основе Первого начала термодинамики:

В любой изолированной системе запас энергии остается постоянным.

Вечный двигатель первого рода невозможен, т. е. невозможно построить машину, которая бы производила механическую работу, не затрачивая на это соответствующего количества энергии.

Внутренняя энергия является функцией состояния.

Изменение внутренней энергии U может происходить за счет обмена системы теплотой Q и работой А с внешней средой. Условились считать положительной теплоту, полученную системой, и работу, совершенную системой. Тогда полученная системой извне теплота Q Расходуется на приращение внутренней энергии U и на совершение системой работы А

Q = ДU + A (11)

ДQ = dU + дA, (12)

Где dU - Полный дифференциал внутренней энергии системы; Q и А - элементарное количество теплоты и работы соответственно.

Похожие статьи




Теплота. Работа. Первое начало термодинамики - Систематика химических элементов

Предыдущая | Следующая