Для идеального газа учитывается только кинетическая энергия теплового поступательного и вращательного движения

Внутренняя энергия многоатомного газа представляет собой кинетическую энергию всех видов движения его частиц

, (2.12)

где n – число молей газа.

Для одноатомного газа (i=3) внутренняя энергия U=(3/2)kT.

Обладая внутренней энергией (при Т> 0) система может обмениваться энергией с внешними телами. Такой обмен энергией осуществляется двумя способами: путем совершения РАБОТЫ и путем ТЕПЛООБМЕНА.

1. Первый способ передачи энергии (ПУТЕМ РАБОТЫ), как известно из механики, осуществляется при силовом взаимодействии между телами. Энергия, передаваемая при этом термодинамической системе внешними телами, называется работой, совершаемой над системой. Работу над системой производят внешние силы по изменению объема.

, (2.13)

где p =const – давление газа.

Если в процессе изменения объема происходит изменение давления, то полная работа, совершаемая газом при изменении объема от V₁ до V₂, представляет собой сумму элементарных работ

. (2.14)

Если изобразить графически процесс изменения давления при увеличении объема (рис. 2.9), то площадь под кривой 1–2 равна работе.

2. Процессы теплообмена. Теплообмен происходит между телами или частями одного и того же тела, нагретыми до различной температуры.

Энергия (Q или DQ), передаваемая системе внешними телами путем теплообмена (без совершения работы), называется ТЕПЛОТОЙ (КОЛИЧЕСТВОМ ТЕПЛОТЫ), получаемой системой от внешней среды.

Часто оба способа передачи энергии системе (в форме работы и в форме теплоты) осуществляются одновременно.

Одним из основных тепловых свойств тел является теплоемкость. ТЕПЛОЕМКОСТЬЮ тела (вещества) называется физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы увеличить его температуру на один градус

, (2.15)

где dQ – количество теплоты, необходимое для нагревания вещества от температуры Т до Т+dT. Эта величина зависит от химического состава вещества, его массы и термодинамического состояния.

Тепловые свойства однородных тел характеризуются значениями удельной и молярной теплоемкости. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ вещества – теплоемкость единицы массы вещества

, (2.16)

В зависимости от вида процесса изменения состояния вещества различают теплоемкость при постоянном давлении и при постоянном объеме .

§4. Первое начало термодинамики.

Рассмотрим с энергетической точки зрения процесс перехода системы из одного состояния в другое.

Внутренняя энергия термодинамической системы может изменяться в результате совершения работы над системой (или самой системой) и сообщения ей теплоты. При этих превращениях соблюдается закон сохранения энергии. Применительно к термодинамическим процессам этим законом является первое начало (закон) термодинамики, которое связывает количество теплоты, полученное системой, работу, совершаемую системой (или над системой), и изменение внутренней энергии. Оно записывается в следующем виде:

, (2.17)

где U=(U₂ – U₁) – изменение внутренней энергии системы.

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИформулируется следующим образом: количество теплоты, сообщенное системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил.

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ – это закон сохранения и превращения энергии в термодинамических процессах.

Первый закон термодинамики обычно записывается для изменения состояния системы, вызванного сообщением ей бесконечно малого количества теплоты

. (2.17¢)

Все величины входящие в первое начало термодинамики могут быть как положительными, так и отрицательными.

Если к системе подводится теплота, то δ Q > 0;

если от системы отводится теплота, то δ Q < 0.

Если система совершает работу над внешними телами, то δ A > 0,

если же над системой внешние силы совершают работу, то δ A < 0.

2. Другая формулировка первого начала термодинамики связана с тем, что если система периодически возвращается в первоначальное состояние, и следовательно dU = 0, то, согласно I началу термодинамики: A = Q, т. е. вечный двигатель первого рода — периодически действующий двигатель, который совершал бы бó льшую работу, чем сообщенная ему извне энергия, — невозможен.