Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики является частным случаем общего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам, протекающим в термодинамических системах, как изолированных, так и неизолированных от окружающей среды.

Если к рабочему телу подводится некоторое количество тепла, то оно расходуется на увеличение внутренней энергии самого рабочего тела и на совершение работы. Первый закон термодинамики устанавливает связь между изменением внутренней энергии тела в каком-либо термодинамическом процессе и энергией, переданной в форме работы и теплоты.

Таким образом, уравнение первого закона термодинамики для 1 кг однородного вещества можно записать следующим образом:

а) для элементарного процесса

dq = du + dl; (6.1)

б) для конечного процесса

q = u + l, (6.2)

где q – количество тепла (оно считается положительным при подводе и

отрицательным при отводе его от системы), кДж / кг;

u – изменение внутренней энергии в процессе, кДж / кг;

l – работа в процессе (она считается положительной, когда само тело

совершает работу, т.е. при расширении газа, и отрицательной

при подводе работы к газу, т.е. при его сжатии), кДж / кг.

Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры и является экстенсивным параметром. Поэтому изменение внутренней энергии зависит от начального и конечного состояния системы, не зависит от характера процесса и определяется по формулам:

du = c dT; (6.3)

u = = (T - T ), кДж / кг, (6.4)

где – средняя изохорная теплоёмкость в интервале температур

от T до T , кДж / (кг град).

Работа процесса может быть вычислена, если известна зависимость давления от объёма в ходе процесса или уравнение процесса:

l = = 10 , кДж / кг, (6.5)

где p – давление в Н / м .

Количество тепла вычисляется по формуле:

q = c (T - T ), кДж / кг, (6.6)

где c – теплоёмкость газа в рассматриваемом процессе, кДж / (кг град).

Используя выражение для энтальпии:

i = u + pv, (6.7)

получаем иную зависимость для первого закона термодинамики:

dq = di – vdp, (6.8)

где vdp = dl – располагаемая работа, кДж / кг.

Энтальпия идеального газа зависит только от его температуры, не зависит от характера процесса и является экстенсивным параметром.

Изменение энтальпии в процессе определяется только начальным и конечным состоянием газа:

di = c dT; (6.9)

i = = (T - T ), кДж / кг, (6.10)

где – средняя изобарная теплоёмкость газа в интервале температур

от T до T , кДж / (кг град).

Для рабочего тела массой G:

первый закон термодинамики –

Q = U + L, кДж; (6.11)

изменение внутренней энергии –

U = G c , кДж; (6.12)

изменение энтальпии –

I = G c , кДж. (6.13)

Вопросы для самоконтроля

1. Что понимается под внутренней энергией идеального и реаль­ного газов?

2. От каких параметров состояния зависит внутренняя энергия реального и идеального газов?

3. Является ли внутренняя энергия функцией состояния или процесса?

4. Чему равно изменение внутренней энергии в круговом процессе?

5. Что изображает площадь под кривой процесса в -диаграмме?

6. Показать, что работа является функцией процесса.

7. Какая работа газа больше: в обратимом или необратимом процессе и почему?

8. Формулировка первого закона термодинамики.

9. Аналитическое выражение первого закона термодинамики.