Инструменты пользователя

Инструменты сайта


examination:physics:question26

Вопрос №26. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия, теплота и работа

Первое начало термодинамики — один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем.

Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.



Данное уравнене выражает первое начало термодинамики: Количество теплоты (Q), полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы (A) против внешних сил.

Из этого закона следует то, что вечный двигатель первого рода невозможен (двигатель, который совершал бы большую работу, чем сообщенная ему энергия).


Внутренняя энергия тела - полная энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Следовательно, внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.

Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии:

где
— подведённая к телу теплота, измеренная в джоулях
— работа, совершаемая телом против внешних сил, измеренная в джоулях.
Эта формула является математическим выражением первого начала термодинамики.

Внутренняя энергия любой термодинамической системы может быть изменена одним из двух способов: совершением работы внешними силами над системой или в результате теплообмена системы с внешними телами.
При совершении работы в термодинамике не происходит изменение скорости тел, а лишь меняются параметры состояния, такие как объем и температура. В частности, работа, совершаемая идеальным газом (или над идеальным газом) в ходе изобарного процесса, может быть вычислена по формуле
.


Изменение внутренней энергии системы может происходить и в случае, когда работа равна нулю (нет изменения объема тела), в частности, при контакте тел, имеющих различную температуру. Это объясняется тем, что на границе между телами в результате столкновения молекул происходит выравнивание их кинетических энергий, то есть молекулы с большей кинетической энергией (это соответствует телу, имеющему более высокую температуру) передают ее часть молекулам с меньшей кинетической энергией (это соответствует телу, имеющему более низкую температуру).


Внутренняя энергия идеального газа может быть найдена умножением средней кинетической энергии теплового движения его молекул на количество молекул газа, что приводит для одноатомного идеального газа к выражению
.

examination/physics/question26.txt · Последние изменения: 2014/01/15 12:22 (внешнее изменение)