Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики представляет собой всемирный закон сохранения энергии. Энергия не исчезает и не возникает вновь, она только переходит из одних видов в другие в различных физических и химических процессах.

Энергия изолированной системы (системы, которая не обменивается с ОС ни веществом, ни энергией) постоянна. Для неизолированных систем изменение внутренней энергии ТДС равна алгебраической сумме внешних воздействий

Уравнение первого закона термодинамики для процессов, протекающих в ТДС со многими степенями свободы, может быть записано для произвольного процесса так:

В дифференциальной форме для элементарного (бесконечно малого) процесса:

Где dU – бесконечно малое изменение внутренней энергии;

dQ, dL, dA_i – бесконечно малые количества теплоты, работы объемного расширения и другие виды работ соответственно.

Для ТДС с равномерным распределением параметров все уравнения запишутся для удельных величин:

, , ,

, ,

Для простой термодеформационной системы:

;

;

Эти уравнения называют основным термодинамическим тождествам или первой формой записи первого закона термодинамики с использованием параметра внутренняя энергия.

Рассмотрим уравнение

,

если к нему добавить и вычесть выражение , то получим

т.к. , то

Это 2- я форма записи 1-го закона термодинамики с использованием параметра «энтальпия».

Поскольку , получаем

Это дополнительное уравнение 2-й формы записи 1-го закона термодинамики с использованием параметров «энтальпия» и «располагаемая работа».

Рассмотрим форму записи:

,

Если прибавить и отнять sdT, получаем:

– это 3^я форма записи первого закона термодинамики с использованием параметра свободная энергия.

Рассмотрим форму записи:

Если прибавить и отнять sdT, получаем:

Это 4^ая форма записи первого закона термодинамики с использованием параметра свободная энтальпия.

Все реальные процессы, протекающие в двигателях, являются неравновесными, однако, в технической термодинамике их заменяют соответствующими равновесными процессами. Зная уравнения первого закона и уравнение состояния газов легко рассмотреть основные процессы – изобарный, изохорный, изотермический, адиабатный и обобщающий – политропный.

Из первого закона термодинамики есть важные для термодинамического анализа следствия.

Рассмотрим первый закон термодинамики для случая изобарного процесса (процесса, в котором давление постоянно): (р=const, dр=0). В этом процессе теплоемкость равна изобарной теплоемкости с=с_р В результате для изобарного процесса получаем:

То есть, как для изобарного, так и для любого политропного процесса в простой термодинамической системе справедливо утверждение:

(*)

Рассмотрим первый закон термодинамики для случая изохорного процесса (процесса, в котором объем постоянен): (v=const, dv=0). В этом процессе теплоемкость равна изохорной теплоемкости с=с_v В результате для изохорного процесса уравнение получаем:

То есть, как для изохорного, так и для любого политропного процесса в простой термодинамической системе справедливо утверждение:

(**)

Если разделить уравнения [* и **] друг на друга, получаем:

, или