Уравнение первого закона термодинамики

В соответствии с формулировкой первого закона можно составить уравнение энергетического баланса термодинамической системы, достаточно лишь установить, какое направление для переноса энергии при работе и при теплообмене будет положительным. При совершении работы положительным принимают направление из термодинамической системы во внешнюю среду. В отношении теплообмена общепринято положительным считать теплообмен, направленный от внешней среды к термодинамической системе, т.е. теплоприток к системе.

Примем обозначения:

Q - теплоприток к термодинамической системе, Дж (джоуль);

U₁, U₂ - начальное и конечное значения внутренней энергии системы, Дж;

L – совершаемая над внешней средой работа, Дж

Теперь можно записать уравнение энергетического баланса для закрытой термодинамической системы, или, как его называют, уравнение первого закона термодинамики:

Q = U₂ - U₁ + L , (1-3)

т.е. теплоприток к закрытой термодинамической системе расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на совершение работы.

Для удобства записи часто пользуются обозначением:

U₂ - U₁ = U.

Тогда

Q = U + L.

То же в дифференциальной форме -

dQ = dU + dL. (1-3а)

Полученные равенства выражают закон сохранения энергии в природе и поэтому абсолютно верны. На их основе будут получены большинство расчетных формул термодинамики.

Согласно СИ единицами измерения теплопритока, внутренней энергии и работы являются Дж (джоуль) и кратные ему единицы: 10³Дж = кДж (килоджоуль), 10⁶Дж = МДж (мегаджоуль). Однако применяются и другие единицы. Так, счетчики электроэнергии измеряют работу L электрического тока, подводимую к потребителю через счетчик, в киловаттчасах (1кВт.ч=3,6МДж), в диетологии энергетическая ценность продуктов указывается обычно в калориях (кал) или килокалориях (1ккал=4,19кДж). В системах теплоснабжения горячей водой и паром единицей принимают гигакалорию.