Первый закон термодинамики

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Краткая историческая справка. Теплота. Опыт Джоуля 4
2. Энергия и работа 6
2.1 Закон сохранения и превращения энергии 6
2.2 Внутренняя энергия и внешняя работа 6
3. Первый закон термодинамики 8
3.1 Уравнение первого закона термодинамики 8
3.2 Энтальпия 9
3.3 Уравнение первого закона термодинамики для потока 10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 12

1. Краткая историческая справка. Теплота. Опыт Джоуля

Первый закон термодинамики (ПЗТ) является частным случаем всеобщего закона сохранения и превращения материи, сформулированного Михаилом Васильевичем Ломоносовым в 1750 году. Частность первого закона термодинамики заключается в том, что первый закон термодинамики записывается для макроскопических неподвижных систем. Неподвижность в первом законе термодинамики следует понимать в том смысле, что система координат, относительно которой пишутся уравнения, скреплена с центром масс термодинамического рабочего тела. С тепловым движением частиц, то есть теплотой и тепловой энергией, связаны величины, фигурирующие в ПЗТ.
ПЗТ является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы.
...

2.2 Внутренняя энергия и внешняя работа
Далее рассмотрим извне процесс подвода теплоты. Она подводится к некоторому телу от какого-то любого источника теплоты. Объем данного источника тепла является неизменным с течением времени и поддерживается. Примером служит газ, который находится в сосуде низменного объема. Как известно из практики, в результате подвода теплоты температура тела возрастает.
Количество теплоты, которое поступило к телу, равно увеличению его внутренней энергии. Это происходит в соответствии с ЗСиПЭ. Внутренняя энергия тела (U) складывается из внутриатомной (энергия электронных оболочек атомов), энергии внутримолекулярных колебаний, потенциальной энергии сил сцепления между молекулами, внутримолекулярной энергии, внутриядерной энергии, энергии вращательного и поступательного движения молекул, составляющих тело.
...

3.1 Уравнение первого закона термодинамики
В общем случае, когда в результате подвода теплоты к телу температура тела повышается и вследствие увеличения объема тела производится внешняя работа, которая подведена к телу теплота расходуется на увеличение внутренней энергии тела U и на совершение работы L. Это может быть выражено уравнением:
Q1-2 = ∆U1-2 + L1-2 , (3.1)
где Q1-2 - теплота, сообщенная телу при нагревании от состояния 1 до состояния 2; ΔU1-2 — изменение внутренней энергии тела в том же процессе, равное, как будет показано ниже, разности внутренних энергий системы в точках 2 и 1; L1-2 — работа, совершаемая телом в процессе 1—2.
Данное уравнение представляет собой выражение ПЗТ, который является частным случаем ОЗиПЭ.
...

3.2 Энтальпия

Важную роль в самых разнообразных термодинамических расчетах играет сумма внутренней энергии системы U и произведения давления системы р на объем системы V ; эта величина носит название энтальпии и обозначается H:
H - U + pV (3.5)
Также эту систему называют теплосодержанием.
Понятно, что энтальпия подобно внутренней энергии является экстенсивным свойством:
H = h·G (3.6)
где h — удельная энтальпия (на единицу массы вещества).
Для удельной энтальпии можно написать:
h = u + pv (3.7)
В тех же единицах, что внутренняя энергия, теплота и работа измеряется и энтальпия.


3.3 Уравнение первого закона термодинамики для потока

До сих пор мы рассматривали только системы, вещество в которых не перемещалось (как целое) в пространстве До этого параграфа были рассмотрены только те системы, в которых вещество как целое в пространстве не перемещалось. Тем не менее необходимо подчеркнуть, что ПЗТ справедлив для систем как движущихся, так и неподвижных, и имеет общий характер.
Ниже рассмотрим течение газа, либо жидкости в канале произвольной формы.
При рассмотрении потока следует учитывать еще один фактор — кинетическую энергию потока:
Екин = , (3.10)
где G — масса некоторого фиксированного количества вещества в потоке; w — скорость потока.
...