Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ - законсохранения энергии для термодинамич. системы, согласно к-рому работа можетсовершаться только за счёт теплоты или к.-л. др. формы энергии. Поэтомуработу и кол-во теплоты можно измерять в одних единицах - Джоулях (1 Дж= 0,239 кал = 0,102 кгс/м). П. н. т. сформулировано как закон природы Ю. <Р. Майером (J. R. Мауег) в 1842 и установлено экспериментально Дж. Джоулем(J. Joule) в 1843. П. н. т. можно формулировать как невозможность существования вечногодвигателя1-го рода, к-рый совершал бы работу, не черпая энергию изк.-л. источника.

Согласно П. н. т., теплота Q, сообщаемаясистеме, равна сумме приращения внутр. энергии . и работы, производимойсистемой против внеш. сил:

Q = U₂-U₁ + A; прибесконечно малом изменении состояния системы:

где - бесконечно малое кол-во теплоты, передаваемой системе,- работа, совершаемая системой против внеш. сил, dU - изменениееё внутр. энергии.

Ур-ние (1) является определением величины dU, т. к.и - независимоизмеряемые величины. П. н. т. утверждает, что dU есть полный дифференциалнек-рой ф-ции U (величины и ,вообще говоря, не являются полными дифференциалами). Т. о., любая термодинамич. <система обладает ф-цией состояния - энергией U, зависящей лишь отпараметров, определяющих равновесное состояние системы, и не зависящейот процесса, к-рым система была приведена в это состояние. Передаваемоетепло Q и работа А зависят от пути, по к-рому совершаетсяпроцесс, т. к. величины и не есть полныедифференциалы. В системах, обменивающихся со средой веществом и энергией, <в П. н. т. следует учитывать энергию Z, передаваемую при переносемассы: Q= U₂ - U₁+ А+ Z.

Энергию U можно экспериментальноопределить, измеряя работу, совершаемую адиабатически замкнутой термодинамич. <системой (т. е. при Q =0), тогда А _ад= U₂- U₁, что определяет U с точностью до аддитивнойпостоянной. Работу А можно определить по изменениям параметров системы. <Напр., при бесконечно малом расширении однородной системы (жидкости илигаза) при давлении Р её работа = PdV и, следовательно,Ур-ние (1) в этом случае имеет вид

В общем случае, если система характеризуется . экстенсивными параметрами a_l, ..., а _п иобобщёнными силами Х₁, ..., Х _п, элементарнаяработа

П. н. т. можно формулировать также с помощью энтальпииН= U+ PV, т . к.

Такая форма удобна для применения П. н. <т. к стационарным процессам (см. Джоуля - Томсчна эффект). П. н. <т. имеет многочисленные приложения, особенно эффективные при использованиитакже и второго начала термодинамики. Следствием П. н. т. являетсяформула Майера для разности между теплоёмкостью при постоянном давлениии при постоянном объёме:

Ср- С_V = [.+(dU/dV)_T](dV/dT)_P,

эта величина означает кол-во тепла, перешедшеев работу.

В феноменологич. термодинамике внутр. <энергию U = U(V,T )рассматривают как экспериментально измеряемуюф-цию (калорическое уравнение состояния). Статистич. физика позволяет теоретическирассчитать ур-ние состояния исходя из законов взаимодействия между молекуламии вывести соотношение (2). При этом одновременно получается статистич. <обоснование как П. н. т., так и 2-го начала термодинамики.

Лит.: Ван-дер-Ваальс И. Д., КонстаммФ., Курс термостатики, [пер. с нем.], ч. 1, М., 1936; Эпштейн П. С., Курстермодинамики, пер. с англ., М. - Л., 1948; Зоммерфельд А., Термодинамикаи статистическая физика, пер. с нем., М., 1955; Кубо Р., Термодинамика, <пер. с англ., М., 1970; Леонтович М. А., Введение в термодинамику. Статистическаяфизика, М., 1983; Новиков П. И., Термодинамика, М., 1984.

Д. Н. Зубарев.