Перший закон термодинаміки
Перший закон термодинаміки є закон збереження енергії стосовно до термодинамічних процесів: енергія не зникає в нікуди і не виникає з нічого, а лише переходить з одного виду в інший в еквівалентних кількостях. Прикладом може послужити перехід теплоти (теплової енергії) в механічну енергію, і навпаки.
Якщо до М кг газу, що займає об'єм V (м3) при температурі Т підвести при постійному тиску деяка кількість теплоти dQ, то в результаті цього температура газу підвищиться на dT, а обсяг - на dV. Підвищення температури пов'язано зі збільшенням кінетичної енергії руху молекул dK.
Збільшення обсягу супроводжується збільшенням відстані між молекулами і, як наслідок, зменшенням потенційної енергії dH взаємодії між ними. Крім того, збільшивши обсяг, газ здійснює роботу dA щодо подолання зовнішніх сил.
Якщо, крім зазначених, ніяких інших процесів в робочому тілі не відбувається, то на підставі закону збереження енергії можна записати:
dQ = dK + dH + dA.
Сума dK + dH являє собою зміну внутрішньої енергії dU молекул системи в результаті підведення теплоти.
Тоді формулу збереження енергії для термодинамічної процесу можна записати у вигляді:
dQ = dU + dA або dQ = dU + pdV.
Це рівняння являє собою математичний вираз першого закону термодинаміки: кількість теплоти dQ, що підводиться до системи газу, витрачається на зміну її внутрішньої енергії dU і вчинення зовнішньої роботи dA.
Умовно вважають, що при dQ> 0 теплота повідомляється робочому тілу, а при dQ <0 теплота віднімається від тіла. При dA> 0 система здійснює роботу (газ розширюється), а при dA <0 робота здійснюється над системою (газ стискається).
Для ідеального газу, між молекулами якого немає взаємодії, зміна внутрішньої енергії dU повністю визначається зміною кінетичної енергії руху (т. Е. Збільшенням швидкості молекул), а зміна обсягу характеризує роботу газу з подолання зовнішніх сил.
Перший закон термодинаміки має ще одну формулювання: енергія ізольованої термодинамічної системи залишається незмінною незалежно від того, які процеси в ній протікають.
Неможливо побудувати вічний двигун першого роду, т. Е. Періодично діючу машину, яка здійснювала б роботу без витрати енергії.
***
Другий закон термодинаміки
Перший закон термодинаміки описує кількісні співвідношення між параметрами термодинамічної системи, що мають місце в процесах перетворення теплової енергії в механічну і навпаки, але не встановлює умови, при яких ці процеси можливі. Ці умови, необхідні для перетворення одного виду енергії в інший, розкриває другий закон термодинаміки.
Існує кілька формулювань цього закону, і кожна з них має однакове смисловий зміст. Тут наведені найбільш часто згадуються формулювання другого закону термодинаміки.
1. Для перетворення теплоти в механічну роботу необхідно мати джерело теплоти і холодильник, температура якого нижче температури джерела, т. Е. Необхідний температурний перепад.
2. Не можна здійснити теплової двигун, єдиним результатом дії якого було б перетворення теплоти будь-якого тіла в роботу без того, щоб частина теплоти передавалася іншим тілам.
З цього формулювання можна зробити висновок, що неможливо побудувати вічний двигун, який здійснює роботу завдяки лише одному джерелу теплоти, оскільки будь-який, навіть самий колосальний джерело теплоти у вигляді матеріального тіла не здатний віддати теплової енергії більше, ніж йому дозволяє ентальпія (Частина повної енергії тіла, яку можна перетворити в теплоту, охолодивши тіло до температури абсолютного нуля).
3. Теплота не може сама по собі переходити від менш нагрітого тіла до більш нагрітого без витрати зовнішньої роботи.
Як бачите, другий закон термодинаміки не має в своїй основі формулярнго змісту, а лише описує умови, при яких можливі ті чи інші термодинамічні явища і процеси, підтверджуючи, по суті, загальний закон збереження енергії.
***
Що таке питома теплоємність?
Завантажити теоретичні питання до екзаменаційних білетів
з навчальної дисципліни "Основи гідравліки і теплотехніки"
(В форматі Word, розмір файлу 68 кБ)
Завантажити робочу програму
з навчальної дисципліни "Основи гідравліки і теплотехніки" (в форматі Word):
Завантажити календарно-тематичний план
з навчальної дисципліни "Основи гідравліки і теплотехніки" (в форматі Word):
Що таке питома теплоємність?