Першы 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 — джоўль). Але так было не заўжды. Эквівалентнасць колькасці цеплыні і работы абгрунтавалі ў сваіх даследаваннях 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 павелічэнне ейнай унутранай 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. Вечным рухавіком першага роду называюць рухавік, які мае вышэйшы за 100 адсоткаў каэфіціент карыснага дзеяння.

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

3) Вечны рухавік першага роду немагчымы.

Асобныя выпадкі

Калі разглядаць першы пачатак 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. — Минск: 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.
• Зако́ны термодина́мики // Большая политехническая энциклопедия (руск.) / Авт.-сост. В. Д. Рязанцев. — М.: Мир и образование, 2011. — С. 113—114. — 704 с. — 2 000 экз. — ISBN 978-5-94666-621-3.