Фрагмент

7. Формулировки I закона термодинамики и его математическое выражение.

Первый закон (первое начало) термодинамики имеет несколько формулировок. Первая формулировка : энергия изолированной системы постоянна.

Если бы энергия изолированной системы могла увеличиваться без взаимодействия с окружающей средой, то можно было бы скон­струировать вечный двигатель первого рода, под которым подра­зумевается машина, производящая работу без затраты энергии. Однако,   вторая формулировка первого закона термодинамики гласит: вечный двигатель первого рода невозможен.

Постоянство энергии изолированной системы не исключает воз­можности перехода одного вида энергии в другой. При таких пере­ходах энергия не теряется и не создается вновь. Отсюда третья формулировка первого закона, вытекающая из закона сохранения энергии:  энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего, переход ее из одного вида в другой происходит в строго эквивалентных количествах.

Из закона сохранения энергии следует соотношение

Q=ΔU+W,

где Q — количество сообщенной системе теплоты; ΔU — прираще­ние внутренней энергии; W — суммарная работа, совершаемая системой.

Q и W — это  абсолютные значения коли­чества теплоты и работы, а не их изменения, так как теплота и работа не являются функциями состояния и не могут быть выражены в форме ΔQ и ΔW.

Для бесконечно малых элементарных процессов вышеприведенное  уравнение имеет вид

δQ = dU+δW=dU+pdV + 6W `

где pdV— элементарная работа, совершаемая системой против внешнего давления (работа расширения), δW — сумма всех осталь­ных видов элементарных работ (магнитная, электрическая и др.). Величину δW называют полезной работой. В химической термодина­мике принимают во внимание только работу расширения, а работу δW считают равной нулю. Поэтому

δW = pdV.                                                                                                   

Отсюда

δQ = dU+pdV.

Это уравнение  и уравнение  Q=ΔU+W,  являются математическим выражением первого закона термодинамики. Из этих уравнений следует, что количество теплоты, подведенное к системе или отведенное от нее, идет на изменение внутренней энергии и на работу, совершаемую системой или совершаемую над системой.