Глава 3. Тепловые явления, газов и твёрдых тел

§ 26. Первый закон термодинамики

Вспомните закон сохранения механической энергии.

Что называют внутренней энергией?

1. Вы уже знакомы с законом сохранения механической энергии: полная механическая энергия системы тел сохраняется, если между телами действуют только силы тяжести и упругости. Если действуют силы трения, то полная механическая энергия тел не сохраняется, часть её (или вся) превращается в их внутреннюю энергию.

Вы также знаете, что при изменении состояния тела (системы) меняется его внутренняя энергия. Состояние тела и соответственно его внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путём совершения внешними силами работы над телом (работа, например, силы трения) или в процессе теплопередачи. В первом случае мерой изменения внутренней энергии является работа, а во втором случае — количество теплоты.

2. Предположим, что внутреннюю энергию тела U изменили, совершив над ним работу А и сообщив ему некоторое количество теплоты Q. В этом случае изменение внутренней энергии ΔU равно сумме работы А, совершённой над телом, и переданного ему количества теплоты Q:

ΔU = A + Q.

Записанное выражение представляет собой первый закон термодинамики, который является обобщением закона сохранения энергии. Он формулируется следующим образом:

изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы, совершённой над системой внешними силами, и количества теплоты, переданного системе.

3. Предположим, что работу совершают не внешние силы, а сама система, например, газ при расширении перемещает поршень в цилиндре. В этом случае газ совершает работу А', которая равна работе внешних сил А с противоположным знаком: А' = -А.

Подставим А' в выражение первого закона термодинамики:

ΔU = Q — А',

или

Q = ΔU + А'.

количество теплоты, сообщённое системе, идёт на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил.

Окончание >>>