§ 14. Першы закон тэрмадынамікі. Прымяненне першага закона тэрмадынамікі да ізапрацэсаў змянення стану ідэальнага газу
Першы закон тэрмадынамікі. У папярэдніх параграфах мы разглядалі працэсы, у якіх унутраная энергія сістэмы змянялася або пры выкананні работы, або ў выніку цеплаабмену. Аднак часцей за ўсё пры пераходзе сістэмы з аднаго стану ў другі ўнутраная энергія змяняецца як за кошт выканання работы, так і за кошт цеплаабмену з навакольнымі целамі.
Для тэрмадынамічных сістэм закон захавання і ператварэння энергіі называюць першым законам тэрмадынамікі.
Першы закон тэрмадынамікі: прырашчэнне ўнутранай энергіі тэрма ды намічнай сістэмы пры пераходзе з аднаго стану ў другі роўнае алгебраічнай суме работы, выкананай знешнімі сіламі, і колькасці цеплаты, атрыманай (або аддадзенай) сістэмай пры ўзаемадзеянні з навакольнымі целамі.
ΔU = A′ + Q.
Паколькі работа знешніх сіл роўная рабоце, якая выконваецца тэрма ды наміч най сістэмай, узятай з супрацьлеглым знакам (A′ = –A), то першы закон тэрмадынамікі можна сфармуляваць інакш:
Колькасць цеплаты, атрыманая (або аддадзеная) тэрмадынамічнай сістэмай пры ўзаемадзеянні са знешнімі целамі пры яе пераходзе з аднаго стану ў другі, ідзе на прырашчэнне ўнутранай энергіі сістэмы і на работу, якую яна выконвае супраць знешніх сіл:
Q = ΔU + A.
Ідэальны газ атрымаў колькасць цеплаты Q = 340 Дж. Вызначце прырашчэнне ўнутранай энергіі газу, калі пры гэтым сіла ціску газу выканала работу А = 300 Дж.
Калі тэрмадынамічная сістэма ўяўляе з сябе дзеючую прыладу, якая перыядычна вяртаецца ў зыходны стан, то пры гэтым ΔU = 0 і A = Q. Механізм, які мог бы выконваць работу без змянення стану цел, што яго складаюць, і без цеплаабмену са знешнімі целамі, называюць «вечным рухавіком першага роду». Таму першы закон тэрмадынамікі можна сфармуляваць і наступным чынам: немагчыма стварыць вечны рухавік першага роду, гэта значыць такі рухавік, які пры нязменным значэнні ўласнай унутранай энергіі выконваў бы работу большую, чым энергія, якую ён атрымлівае звонку.
Прыменім першы закон тэрмадынамікі да розных ізапрацэсаў змены стану ідэальнага аднаатамнага газу.
У якасці тэрмадынамічнай сістэмы разгледзім ідэальны аднаатамны газ, які знаходзіцца ў цыліндрычнай пасудзіне, закрытай поршнем.