Внутренняя энергия. 1-й закон термодинамики.

Внутренняя энергия

1-й закон термодинамики.

Сумма кинетических  энергий хаотического движения всех частиц тела относительно центра масс тела  (молекул, атомов) и потенциальных энергий  их  взаимодействия друг с другом называется внутренней энергией.

Внимание!

1. Энергия упорядоченного движения частиц тела представляет собой механическую кинетическую энергию тела.

2. Вообще говоря, во внутреннюю энергию входят энергии внутриатомных частиц, но при не очень больших температурах эта энергия остается неизменной.

   Кинетическая энергия частиц определяется скоростью, а значит - температурой тела.

   Потенциальная - расстоянием между частицами, а значит - объемом.

   Следовательно: U=U_(T,V) - внутренняя энергия зависит от объема и температуры.

U=U_(T,V)

Для идеального газа: U=U_(T), т.к. взаимодействием на расстоянии пренебрегаем. 

- внутренняя энергия идеального одноатомного газа.

Внутренняя энергия - однозначная функция состояния (с точностью до произвольной постоянной) и в замкнутой системе сохраняется. Обратное неверно(!) - одной и той же энергии могут соответствовать разные состояния.

Идеальный  газ:

Опыты Джоуля доказали эквивалентность работы и количества теплоты, т.е. и та и другая величины являются мерой изменения энергии, их можно измерять в одинаковых единицах: 1 кал = 4,1868 Дж ≈ 4,2 Дж. Эта величина наз. механическим эквивалентом теплоты.

Р.Майер, Д.Джоуль, Г.Гельмгольц - закон сохранения энергии для тепловых процессов - 1-й закон термодинамики.

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

Изменений внутренней энергии не зависит от способа, которым осуществляется этот переход. Т.о. существует два способа изменения внутренней энергии: совершение механической работы и теплопередача (теплообмен). Работа и количество теплоты характеризуют процесс изменения внутренней энергии, но не саму внутреннюю энергию.

Если А - работа внешних сил, а А' - работа газа, то А = -  А' (в соответствии с 3-м законом Ньютона). Тогда:

- другая форма записи первого закона термодинамики.Количество теплоты, переданное системе,  идет на изменение ее  внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Невозможность создания вечного двигателя 1-го рода.

Вечный двигатель первого рода - устройство, которое могло бы совершать неограниченное количество работы без затраты энергии.

Тогда Q=0. Следовательно: A'= - ΔU. Т.е. такой двигатель должен совершать работу за счет убыли внутренней энергии. Но ее запасы конечны. После того, как запас энергии будет исчерпан, двигатель остановится.