Первый закон термодинамики


Первый закон термодинамики: теплота может превращаться в механическую работу, а работа в теплоту лишь в строго эквивалентных количествах, причем количество теплоты, полученное рабочим телом от какого-либо источника тепла, равно сумме приращения внутренней энергии этого тела и количества совершенной им работы, т. е.

(1.4)

где Q — подведенная к рабочему телу теплота;

А — коэффициент пропорциональности;

L — работа, произведенная рабочим телом в результате подвода теплоты;

U1 — внутренняя энергия рабочего тела в начале подвода теплоты;

U2 — внутренняя энергия рабочего тела в конце подвода теплоты.

В 1843—1860 гг. английский физик Джоуль провел опыт по установлению соотношения между работой, затраченной при выделении теплоты и количеством выделенной теплоты. Ему удалось вычислить величину
A = 0,002345 ккал (кгс • м), которая называется тепловым эквивалентом работы. Также он вычислил и механический эквивалент теплоты I:

В настоящее время для измерения количества теплоты и работы используются различные единицы, соотношения между которыми приведены в табл. 1.

В дальнейшем для упрощения в термодинамических уравнениях коэффициенты А и I будут опускаться, а работа и теплота будут выражаться в одинаковых единицах.

 

Таблица 1. Соотношения между единицами измерения теплоты и работы

Единица Дж энг кгс•м ккал кВт•ч
Дж - 107 0,101972 2,4•10-4 2,7778•10-7
эрг 10-7 - 10,1972•10-9 24•10-12 27,778•10-15
кгс•м 9,80665 98,0665•106 - 2,3•10-3 2,7207•10-6
ккал 4186,8 41,868•109 426,935 - 1,163•10-3
кВт•ч 3,6•106 36•1012 367 098 859,862 -

 

Для рабочего тела массой 1 кг уравнение первого закона термо­динамики примет вид:

где q — удельная теплота, подводимая к рабочему телу или отводимая от него;

l — удельная работа изменения объема рабочего тела;

u1 и u2 — удельная внутренняя энергия в начале и конце подвода теплоты соответственно.

В термодинамике принято следующее:

• теплоту Q считать положительной, если она подводится к газу и отрицательной, если она отводится;

• изменение внутренней энергии ∆U считать положительным, если температура газа растет, и отрицательным, если она падает;

• работу L считать положительной, если газ расширяется и от­рицательной, если газ сжимается под действием внешних сил.

Внутренняя энергия

Внутренняя энергия состоит из внутренней кинетической и внутренней потенциальной энергий. Первая — результат хаотического движения частиц тела, с увеличением скорости которых возрастает и внутренняя кинетическая энергия.

Так как температура тела определяется скоростью движения его частиц (молекул), то увеличение температуры тела означает увеличение его внутренней кинетической энергии.

Внутренняя потенциальная энергия связана с силами взаимо­действия между частицами вещества.

Изменение удельной внутренней энергии в процессе подвода или отвода теплоты может быть выражено уравнением

где ∆uк — изменение кинетической энергии газа,

∆uп — изменение потенциальной энергии газа.

Так как силы взаимодействия между молекулами идеального газа отсутствуют, то и его потенциальная энергия равна нулю. Поэтому внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры.

Поскольку температура идеального газа определяется внутренней кинетической энергией, а температура тела является параметром его состояния, то и внутренняя энергия является параметром его состояния.

Если в результате подвода теплоты рабочее тело переходит из первого состояния во второе, то подводимая теплота q1,2 будет равна u2-u1.

На основании формулы (3) можно записать

Дата добавления: 2017-02-13; просмотров: 1380;

Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.008 сек.