Закон сохранения и превращения энергии

Первый закон термодинамики является частным случаем всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым явлениям, протекающим в термодинамических системах.

Закон сохранения и превращения энергии, сформулированный в XVIII веке великим русским учёным М.В. Ломоносовым гласит, что в изолированной системе сумма всех видов энергии является величиной постоянной. Из этого закона следует, что уменьшение какого-либо вида энергии в одной системе, состоящей из одного или множества тел, должно сопровождаться увеличением энергии в другой системе тел.

 

Внутренняя энергия

Под внутренней энергией газа понимается вся энергия, заключенная в теле или системе тел. Эту энергию можно представить в виде суммы отдельных видов энергий: кинетической энергии молекул, включающей энергию поступательного и вращательного движения молекул, а также колебательного движения атомов в самой молекуле; энергии, электронов; внутриядерной энергии; энергии взаимодействия между ядром молекулы и электронами; потенциальной энергии или энергии положения молекул в каком-либо внешнем поле сил; энергии электромагнитного излучения. Полная внутренняя энергия тела равна

 

                                          ,

 

где  – внутренняя кинетическая энергия молекул; – внутренняя потенциальная энергия молекул.

В технической термодинамике рассматриваются только такие процессы, в которых изменяются кинетическая и потенциальная составляющие внутренней энергии. Поэтому в понятие внутренней энергии будем в дальнейшем включать для идеальных газов кинетическую энергию движения молекул и энергию колебательных движений атомов в молекуле, а для реальных газов еще дополнительно и потенциальную составляющую энергии, связанную с наличием сил взаимодействия между молекулами и зависящую от расстояния между ними.

Отсчет внутренней энергии при этом может производиться от любого условного нуля. Так, например, для идеальных газов принято считать внутреннюю энергию при t₀=0° C равной нулю.

Внутренняя энергия данной массы газа U измеряется в кДж, а 1 кг газа (удельная внутренняя энергия) u = U/ M – в кДж/кг.

Из закона сохранения энергии следует, что термодинамическая система в каждом своем состоянии может иметь только одно значение внутренней энергии. Изменение внутренней энергии газа не будет зависеть от характера или пути процесса, полностью определяясь заданными начальным и конечным его состояниями.

Следовательно, внутренняя энергия, являясь параметром состояния, представляет собой одновременно однозначную непрерывную и конечную функцию состояния системы.