Яндекс директ

Первый закон термодинамики

Изменение объема тела при нагревании (или охлаждении) связано с работой, которую производят возникающие в этом процессе силы, проявляющиеся в форме давления на поверхность тела. Работа этих сил в процессе подвода теплоты Q называется внешней работой L. Отсюда следует, что затрата теплоты Q при изменении температуры и объема тела связана с изменением внутренней энергии ΔU и совершением внешней работы L.

Следовательно, в соответствии с законом сохранения энергии

Q = ΔU + L

Это соотношение называют обычно аналитическим выражением первого закона термодинамики для неподвижного тела. Соотношение устанавливает, что в данном термодинамическом процессе теплота расходуется в двух направлениях: на изменение внутренней энергии и на совершение внешней работы.

В технической термодинамике принимают, что основной формой преобразования теплоты во внутреннюю энергию является изменение кинетической энергии движения молекул (как функции изменения температуры) и потенциальной энергии сил сцепления между молекулами (как функции изменения удельного объема): U = ƒ(T; υ).

Для идеальных газов силы сцепления между молекулами равна нулю, следовательно, внутренняя энергия таких газов зависит только от их абсолютной температуры U = ƒ(T).

Изменение объема газа в прцессе расширения (а) и графическое изображение работы расширения (сжатия) на p - v - диаграмме (б)

Работа расширения (сжатия) неподвижного тела проявляется в изменении объема тела V под действием давления р.Например, если газу, занимающему объем V1 при давлении среды р, подвести некоторое количество теплоты Q, то можно наблюдать увеличение объема газа до величины V2. Каждый элемент объема под действием давления р переместится при этом на величину x. Так как давление всегда направлено по нормали к поверхности , то сила действующая на элемент поверхности dF, будет равна pdF, а элементарная работа на пути х

dLp = pdFx = pdV,

где dV = dFx – элементарный объем.

Очевидно, полная работа для всей поверхности тела при изменении объема от V1 до V2

 

Или для 1 кг газа

 

и

dLp = ρdυ

Работа расширения как функции давления и объема может быть графически изображена в координатах p и υ. Если в данном процессе зависимость давления от объема изображается кривой 1 – 2, то для элементарного объема dυ величина элементарной работы dlp может быть выражена элементарной площадкой dlp = pdυ, а вся работа расширения при изменении объема 1 кг газа от υ1 до υ2 определяется по формуле

 

и равна площади, ограниченной линией процесса 1 – 2 и осью абсцисс.

Уравнение первого закона термодинамики, устанавливающего связь между подведенной к телу теплотой, изменением внутренней энергии и внешней работой, при расчёте на единицу массы примет следующий вид:

q = ΔU + lp

или в дифференциальной форме

dq = du + dlp = du + pdυ.

Компонент комментариев CComment

Авторизация

Новое на сайте

Яндекс директ