Первый закон термодинамики для замкнутого пространства.

 

Закон сохранения энергии. Первый за­кон термодинамики — частный случай закона сохранения энергии в приме­нении к изучаемой термодинамической системе. Первый закон утверж­дает возможность и необходимость вза­имного преобразования форм движе­ния, устанавливает эквивалентность различных форм движения материи. Энергия как единая количественная ме­ра различных форм движения сохра­няется при любом взаимодействии. Для изолированной системы dU=0, т.е. U=const. Внутренняя энергия изолированной си­стемы остается постоянной.

В общем случае рассмотрим систему, которая находится в сложном взаимо­действии со средой. Пусть п — число видов взаимодействия (механическое, термическое, электрическое, магнитное и т, п.). Если обозначить количествен­ную меру k-го взаимодействия через , то изменение внутренней энергии   Изменение внутренней энергии системы равно сумме количеств воздействия различного рода.

Термомеханическая система. Для бес­конечно малого изменения состояния термомеханической системы, которая участвует только в термическом и ме­ханическом взаимодействии со средой и находится в неподвижном состоянии du=dq-dl, где dq и dl - элементарные удельные количества теплоты и механическая работа. Изменение внутренней энергии системы равно алгебраической сум­ме сообщенного системе количества теплоты и совершенной ею механиче­ской работы.

Поскольку алгебраическая сумма работы и теплоты не зависит от пути процесса, дифференциал duявляется полным дифференциалом. dq=du+pdv Сообщаемая рабочему телу тепло­та идет на изменение внутренней энергии и на совершение рабочим телом работы расширения.

dq = dh - vdp Алгебраическая сумма приращения энтальпии системы и полезной внеш­ней работы равна количеству сооб­щенной рабочему телу теплоты.

В изобарном процессе вся теплота, сообщаемая системе, идет на измене­ние энтальпии системы.

Рассмотрим замкнутый круговой процесс (цикл), в результате которого система возвращается в первоначаль­ное состояние. Изменение внутренней энергии системы в результате кругового процесса . Внутренняя энергия рабочего тела е замкнутом круговом процессе (цик­ле) не изменяется Предположим, что система и среда находятся только в термическом и механическом взаимодействии. Обмен энергией между систе­мой и средой происходит и в форме теплоты, и механической работы.   Количество теплоты, полезно ис­пользованной в цикле, эквивалентно работе, совершенной рабочим телом за цикл. Результатом замкнутых круговых процессов или циклов является взаим­ное преобразование теплоты и работы в эквивалентных количествах. Дви­гатель, производящий энергию из ни­чего, нереализуем. Такой тепловой дви­гатель получил название вечного двига­теля первого рода. Одна из формулировок первого закона термодинамики: вечн ый двигатель первого рода невозможен.