Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения энергии. Его можно записать вформе

Е_полн= const,

где Е_полн – полная энергия всей системы, включая все подсистемы, участвующие в рассматриваемом процессе.

Таким образом, при переходе системы из начального состояния 1 в конечное состояние 2 получаемая системой от окружающей среды сумма работы А, теплоты Q и энергии переноса массы Z определяется только состояниями 1 и 2; эта сумма не зависит от того, каким способом осуществляется переход из 1 в 2. Это означает, что существует такая величина E, характеризующая внутренее строение состояние системы, что разность ее значений в состояниях 1 и 2 определяется соотношением:

Е₂ - Е₁ = А + Q + Z

Данная функция представляет собой внутрениюю энергию системы, заключенная в системе.

Т.е. подсистема обменивается энергией с другими частями системы (окружающей средой) с помощью различных механизмов взаимодействия. Работа, теплота и энергия переноса массы представляет собой количество энергии, получаемой через соответствующие контакты.

В термодинамике полная энергия макросистемы равна

Е = Е_кин + Е_пот + U,

где Е_кин – кинетическая энергия системы как целого;

Е_пот – потенциальная энергия системы во внешних сиовых полях;

U – внутренняя энергия.

Величины Е_кин и Е_пот определяются в соответствии с закнами механики. Кинетическая энергия системы, имеющей массу m и скорость w, равна mw²/2. Изменение потенциальной энергии системы равно работе, совершаемой над системой при перемещении ее из одного места силового поля в другое. Внутреняя энергия U – это энергия, заключенная в системе. Внутреняя энергия системы есть сумма всех видов энергий движения взаимодействия частиц, составляющих систему.

Не дифферцируя внутренюю энергию системы на эти составляющие, можно говорить о том, что внутреняя энергия является функцией внутренних параметров состояния: температуры, давления, состава системы и однозначно определяет состояние системы, т.е. является функцией состояния.

Вследствие того, что внутреняя энергия является функцией состояния, ∆U не зависит от процесса изменения состояния системы, а определяется лишь значениями ее в конечном и начальном состояниях.

∆U = U₂ – U₁

Изменение количества энергии в теле (системе) может произойти только в том случае, если оно вступит во взаимодействие с другими телами, передавая им часть своей энергии или воспринимая от них часть энергии. Таким образом, количество энергии в макротеле может меняться только при осуществлении процесса энергообмена с другими телами. При этом возможны два различных способа передачи энергии от системы к внешним телам: с изменением внешних параметров системы и без изменения этих параметров. Первый способ передачи энергии называется работой, второй способ – теплотой, а сам процесс передачи теплообменом.