První zákon termodynamiky je začátkem všeho, co existuje

Předmětem studie termodynamiky je energie ve všech jejích projevech, a co je nejdůležitější, energetické přechody z jednoho druhu do druhého. Stalo se tak, že termín sám vznikl na úsvitu vědeckého výzkumu v oblasti energie a v té době byl seznam různých druhů energie malý - mechanický a termální. Proto termín "termodynamika" nejlépe odrážel podstatu předmětu - pohyb (přenášení) a přeměnu tepla na mechanickou práci a naopak. Postupně existovaly koncepty, které charakterizují tepelné procesy: tepelné teplo, tepelná kapacita a nakonec jednotka pro měření množství tepla - kalorií (1772, M. Wilke). Uplyne hodně času a bude formulován první termodynamický zákon, ale každý krok byl výsledkem obtížné práce mnoha vědců.

Pro studium zákonů termodynamiky byly přijaty určité konvence, které umožňují izolovat předmět, který je předmětem studia, a specifikovat jeho vlastnosti, které je třeba studovat. Objekty, které jsou předmětem šetření, jsou zastoupeny jako uzavřené systémy z obrovského počtu částic. Pokud je v systému možné určit hranice určitého svazku, pak se nazývá tělo. Tak se objevil hlavní účastník termodynamického působení: systém částic, uzavřený v určitém objemu, je ideálním plynem. V procesu transformací energie mění termodynamický systém svůj stav a tyto změny jsou popsány souborem konceptů - parametry procesu. Pokud jsou teplota T, objem V a tlak P považovány za parametry, pak jsou dostatečné pro popis jakéhokoli termodynamického procesu. Všechny systémy jsou považovány pouze za rovnovážné stavy. Vytvoření rovnováhy, například tepla, je proces přenosu tepla - něco se ochladí a něco se zahřeje. Současně bude množství "dáno-přijato", jak uvádí první zákon termodynamiky, stejné. A zde leží hlavní úkol, který vědci řeší po staletí: hledání účastníků výměny energie a definování jejich role v procesu.

Základem teoretického přístroje termodynamiky jsou 3 zákony. Předpokládá se, že tělo může absorbovat energii tím, že zvýší svou vnitřní (například vytápění) a / nebo díky své vnitřní energii pracuje na překonávání vnějších sil (například tlačení pístu). Vycházíme z toho, že první termodynamický zákon je vykládán takto: změna vnitřní energie těla U je součtem energie Q absorbované a energie vnějších sil A. Z matematického hlediska je to vyjádřeno v podobě nekonečně malých změn takto:

DU = dQ + dA (1)

Ve skutečnosti je to zákon zachování energie, můžeme říci, zákon bytí.

Zvláštnosti termodynamických procesů se obvykle vezmou v úvahu v modelu, kdy je pracovním tělem odebírán ideální plyn, který může být vyhříván a / nebo mechanicky ovládán vnějšími silami (kompresní expanzí) pomocí pístu a jedním z parametrů - tlak P, objem V nebo teplota T Je rovno konstantě. Aplikace prvního termodynamického zákona na isoprocesy umožňuje určit zdroje energetických přijímačů pro specifické podmínky.

Izochorický proces znamená, že V = const. Důsledkem je, že mechanická práce není k dispozici, protože Hlasitost se nemění, kvůli zahřátí se změní pouze vnitřní energie a pak: dA = pdV = 0 a tudíž dU = dQ a lze ji určit z relace:

DQ = (m / M) * CV * dT (2)

Izochorický proces je tudíž způsoben zvýšením teploty.

Izobarický proces předpokládá p = const a tato podmínka je splněna, pokud pracovní médium provádí mechanickou práci na ohřevu, například pohybem pístu. Pokud střídavě použijeme výrazy pro tepelnou energii a rovnici Mendeleev-Klaiperon, můžeme snadno získat výraz pro výpočet mechanické práce plynu :

A = (m / M) * R * (T2-T1) (3)

R je plynová konstanta a znamená práci na zvýšení objemu plynu o jeden mol, pokud se teplota změní o jeden stupeň Kelvina. Závěr: při izobarickém procesu je plyn doplňován energií vytápění (2) a spotřebovává část zvýšené vnitřní energie expanzí (3).

Proces, ve kterém T = const, v termodynamice se nazývá izotermie. Jeho podstatou spočívá ve skutečnosti, že vnitřní energie přijatá díky vytápění je zcela vynaložena na práci na překonání vnějších sil. První zákon termodynamiky pro isoprocesses naznačuje, že k udržení konstantní tělesné teploty, její vnitřní energie zvyšuje náklady na mechanickou práci a závisí na změně tlaku. Výpočet těchto nákladů na energii může být z výrazu:

Q = A = (m / M) * R * T * (ln (pl / p2)).