Першы пачатак тэрмадынамікі

Тэрмадынаміка, пачаткі:
Нулявы пачатак тэрмадынамікі
Першы пачатак тэрмадынамікі
Другі пачатак тэрмадынамікі
Трэці пачатак тэрмадынамікі

Першы пачатак тэрмадынамікі, або першы закон тэрмадынамікі — адмысловы выпадак закона захавання энергіі, які ўсталёўвае эквівалентнасць цеплыні і работы.

Сёння колькасная ўзаемасувязь між цеплынёй і работай зразумелая і ледзь не відавочная. Здаецца цалкам натуральным, што абедзве велічыні маюць адную і тую ж адзінку вымярэння (у Міжнароднай сістэме адзінак вымярэння СІ — гэта джоўль). Але так было не заўжды. Эквівалентнасць колькасці цеплыні і работы абгрунтавалі ў сваіх даследваннях Юліус Маер (1814—1895), Джозеф Блэк (1728—1799), Джэймс Джоўль (1818—1899), Герман Гельмгольц (1821—1894).

Пачынаючы з 1850 г. па прапанове Р. Клаўзіўса (1822—1888) прынцып эквівалентнасці колькасці цеплыні і работы стаў называцца «першым пачаткам механічнай тэорыі цеплыні (тэрмадынамікі)».

Фармулёўкі

Існуе некалькі фармулёвак першага пачатку тэрмадынамікі:

1) Колькасць цеплыні ($Q$ [Дж]), перададзеная сістэме, выдаткоўваецца на павялічэнне ейнай ўнутранай энергіі ($U$ [Дж]) і на работу ($A,$ [Дж]), здзяйсняемую сістэмай супраць вонкавых сіл.

$\Delta Q = \Delta U + A \,$

З улікам таго, што работа знешніх сіл супрацьлеглая рабоце сістэмы, першы пачатак можна сфармуляваць у выглядзе:

2) Колькасць унутранай энергіі сістэмы раўняецца суме перададзенай колькасці цеплыні і работы, здзяйсняемай над сістэмай вонкавымі сіламі ($A'$ [Дж]).

$\Delta Q = \Delta U - A' \,$

Калі змяненне цеплавой энергіі адмоўнае $\Delta Q < 0$ — значыць ад сістэмы адводзіцца цеплыня.

Першы пачатак тэрмадынамікі робіць немагчымым здзяйсненне старажытнай мары чалавецтва — вечнага рухавіка, які працаваў бы вечна, выконваючы бясконцую работу.

Сапраўды, для выканання работы ў сістэмы ёсць толькі дзве крыніцы — падведзеная звонку энергія + вычарпальныя запасы ўнутранай энергіі. Такім чынам, падыходзім да трэцяй фармулёўкі першага пачатку тэрмадынамікі:

3) Вечны рухавік першага роду немагчымы.

Асобныя выпадкі

Калі разглядаць першы пачатк тэрмадынамікі ў дачыненні да газаў, атрымаем наступныя асобныя выпадкі:

1) Ізабарны працэс, пры сталым ціску:

$\Delta Q = \Delta U + A = \Delta U + p\Delta V$

2) Ізахорны працэс, сталы аб'ём ($A=0$):

$\Delta Q = \Delta U$

3) Ізатэрмічны працэс, сталая тэмпература $(\Delta U=0)$:

$\Delta Q = A$

4) Адыябатны працэс, без цеплаабмену ($\Delta Q=0$):

$A = -\Delta U$

Тут $\ p$ — ціск [Па], $\ V$ — аб'ём сістэмы [м³].

Гл. таксама

• Вечны рухавік

Літаратура

• Хрусталев Б. М. Несенчук А.П. Романюк В. Н. Техническая термодинамика: в 2-х частях. Ч.1 — Мінск: Технопринт, 2004. — С. 72. — 487 с. — ISBN 985-464-547-9.
• Жилко В. В., Лавриненко А. В., Маркович Л. Г. Физика — Минск: Народная асвета, 2002, 382 с.