§ 27. Первый закон термодинамики

Закон сохранения механической энергии

1. Вы уже изучили закон сохранения механической энергии.

Напомним, что если в замкнутой системе действует сила трения, которая является непотенциальной силой (её работа по замкнутой траектории не равна нулю), то механическая энергия системы будет уменьшаться. Так, например, уменьшается механическая энергия автомобиля, движущегося по горизонтальной дороге с выключенным двигателем, о чём свидетельствует уменьшение его скорости. При этом наблюдается нагревание трущихся поверхностей, т. е. увеличение внутренней энергии. В этом примере механическая энергия системы не сохраняется, часть её превращается во внутреннюю энергию.

Первый закон термодинамики

2. Напомним, что внутреннюю энергию макроскопической системы можно изменить путём теплопередачи или при совершении работы.

Предположим, что над системой одновременно совершается работаА' и ей сообщается некоторое количество теплоты Q. Например, газ, находящийся в цилиндре под поршнем, сжимают и передают ему некоторое количество теплоты. Механическая энергия системы при этом не меняется. Следовательно,

изменение внутренней энергии системы равно сумме работы, совершённой над системой, и переданного ей количества теплоты.

ΔU = A' + Q.

Это равенство представляет собой первый закон термодинамики, или закон сохранения энергии для тепловых процессов.

Первый закон термодинамики можно записать иначе, учитывая, что работа внешних сил над системой А' равна работе системы А с противоположным знаком: А' = -А. Получим:

ΔU = -А + Q, или

Q = ΔU + А.

Количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение системой работы против внешних сил и на увеличение её внутренней энергии.

Джеймс Прескотт Джоуль

Джеймс Прескотт Джоуль (1818—1889) — английский физик, член Лондонского королевского общества. Известен своими работами в области электромагнетизма, термодинамики, молекулярной теории газов. Одним из первых открыл закон сохранения энергии; экспериментально доказал эквивалентность теплоты и работы; вычислил скорость движения молекул газа и установил её зависимость от температуры; установил наряду с Э. X. Ленцем закон для определения количества теплоты, выделяемого электрическим током (закон Джоуля—Ленца).

Окончание >>>