Постулат и математическое выражение 1 начала термодинамики.

Первое начало термодинамики – это количественное выражение закона сохранения и превращения энергии.

Закон сохранения и превращения энергии является универсальным законом природы и применим ко всем явлениям. Он гласит: «запас энергии изолированной системы остается неизменным при любых происходящих в системе процессах; энергия не уничтожается и не создается, а только переходит из одного вида в другой».

Математическое выражение первого начала термодинамики:

Внутренняя энергия изолированной системы сохраняет своё постоянное значение при всех изменениях, протекающих внутри системы, то есть . Изменение внутренней энергии неизолированной системы складывается из подведённой (отведённой) теплоты и подведённой (отведённой) работы, то есть .

Первое начало термодинамики по внешнему балансу: , где  - теплота внешнего теплообмена, то есть количество теплоты, которая подводится извне,  - эффективная работа, то есть термодинамическая работа без учёта работы эффективных потерь. Первое начало термодинамики по внешнему балансу справедливо для обратимых процессов.

В термодинамике приняты следущие знаки при определении работы и теплоты в уравнениях первого начала термодинамики: если работа выполняется телом, то она положительная; если работа подводится к телу, то она отрицательная. Если теплота сообщается телу, она имеет положительное значение; если теплота отводится от тела, она имеет отрицательное значение.

Работа необратимых потерь , связанная с затратами энергии на преодоление сил трения, удары, завихрения превращается в теплоту внутреннего теплообмена ().                            

  =   + .

Подставив значение и    в исходное уравнение, получим следующие соотношения: ; .                            

Эти уравнения называются уравнениями первого начала термодинамики по балансу рабочего тела, и справедливы для реальных процессов.

В обратимых процессах  =   = 0 и уравнения первого начала термодинамики по внешнему балансу и балансу рабочего тела совпадают.

13. Первое начало термодинамики в аналитическое форме.

Значения удельных внутренней энергии и энтальпии простого тела однозначно определяются двумя независимыми переменными и могут быть представлены следующим образом: ; . Изменения внутренней энергии и энтальпии простого тела, как функций состояния, в элементарных процессах являются полными дифференциалами и определяются соотношениями

;                   (1)

.                   (2)

 

Для изохорного процесса () частная производная внутренней энергии по температуре равна истинной изохорной теплоемкости: ,

а для изобарного процесса () частная производная энтальпии по температуре равна истинной изобарной теплоемкости: .                                            

 

В результате подстановки выражений (1) и (2) в уравнение  и разделения переменных получим:

 

.              

 

Данное соотношение называется первым началом термодинамики для простых тел в аналитической форме.