ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Содержание первого начала из "Химическая термодинамика" Первое начало термодинамики представляет собой частный случай закона сохранения материи и рассматривает сохранение энергии при различных превращениях одних форм движения материи в другие. [c.13] На заре своего развития термодинамика в основном занималась взаимопереходом тепла в работу, поэтому прежде всего било установлено сохранение энергии при переходе тепла в механическую работу и эквивалентность тепла и работы. Позднее была установлена эквиваленгность тепла многим другим видам энергии. [c.13] Первое начало рассматривается термодинамикой как постулат, поскольку оно не может быть выведено или доказано какими-либо логическими приемами. Содержание первого начала термодинамики вытекает из обобщения многолетнего опыта, накопленного человечеством в результате практической деятельности. Первое начало термодинамики не сразу обрело под собой твердую почву, однако в настоящее время его справедливость признана всеми естествоиспытателями, поскольку ни одно из следствий, к которым оно приводит, не находится в противоречии с опытом. Исторически сложилось несколько формулировок первого начала термодинамики, которые рассматривают объективно существующий закон с различных сторон и свидетельствуют о том, что исследователи приходили к его формулировке разными путями. [c.13] В установлении современной формулировки первого начала большую роль сыграли работы Г. И. Гесса, Майера, Джоуля и Гельмгольца. Остановимся на некоторых из этих формулировок. [c.14] Устанавливая зависимость между различными видами энергии, Гельмгольц писал Энергия в природе не уничтожается и не возникаег вновь, а лишь переходит из одного вида в другой. Таким образом, если в каком-либо процессе энергия одного вида исчезает, то взамен ее появляется энергия в другой форме и в строго эквивалентном количестве . [c.14] Поскольку самые различные виды энергии способны к взаимным превращениям в строго эквивалентных количествах, то отсюда вытекает одна из формулировок Джоуля В любой изолированной системе общий запас энергии сохраняется постоянным . [c.14] Так как все виды энергии являются формами движения материи, взаимопревращение которых происходит всегда в одинаковых соотношениях, то формулировка Майера закон сохранения энергии выражает как ЗаКОн неуничтожаемости движения. Ф. Энгельс, подчеркивая эту мысль, писал Изменение формы движения является всегда процессом, происходящим по меньшей мере ме кду двумя телами, из которых одно теряет определенное количество движения такого-то качества (например теплоту), а другое получает соответствующее количество движе ния такого-то другого качества (механическое движение, электричество, химическое разложение). Сле/ овательно, количество и качество соответствуют здесь друг другу взаимно и обоюдосторонне . Движение материи неуничтожимо как в количественном, так и в качественном смысле. Движение материи всегда сохраняет безграничную способность к качественным превра- щениям из одной формы в другую. [c.14] Из указанных формулировок следует невозможность создания такого механизма, который позволил бы получить работу, не затрачивая на это соответствующего количества энергии. Иначе говоря, вечный двигатель (перпетуум мобиле) первого рода невозможен. [c.14] Внутренняя энергия. Из разных форм энергии для характеристики химических процессов особенно важна та энергия, кото рая в скрытой форме заключена в каждом теле и имеет своей причиной движение молекул, атомов и их составных частей. Эта энергия называется внутренней энергией. Весь запас внутренней энергии складывается из энергии поступательного, колебательного и вращательного движения всех элементарных составных частей вещества, а также энергий их взаимодействия, если оно имеет место. [c.15] Поскольку внутренняя энергия зависит еще от количества взятого вещества, то для определенности условимся в дальнейшем относить ее к молю вещества. Единицами измерения внутренней энергии обычно являются тепловые единицы калория (кал) или килокалория (ккал) . [c.15] При изменении состояния тела или системы изменяется и их внутренняя энергия. Если в первоначальном состоянии 1 внутренняя энергия была /ь а в конечном состоянии 2 она стала /г, то величина Аи = — 1 называется изменением внутренней энергии. Термодинамика оперирует этим понятием, и лишь в редких случаях прибегает к рассмотрению абсолютной величины внутренней энергии . [c.15] Представим себе, что переход системы из состояния / в состояние 2 связан с изменением внутренней энергии АО, а при обратном переходе из состояния 2 в состояние 1 отличным путем изменение внутренней энергии составляет АУ . Другими словами, мы при этом получаем выигрыш или потерю энергии АН — Аи , которая вследствие изолированности системы ничем не компенсируется. Однако это невозможно, поскольку является нарушением закона сохранения энергии. Таким образом, изменение внутренней энергии системы, которая не вступает в энергетический обмен с окружающей средой, при любом процессе зависит не от пути этого процесса, а лишь от начального и конечного состояний. [c.16] Это еще одна формулировка первого начала термодинамики. Из нее следует, что каждому состоянию соответствует определенная величина внутренней энергии, независимо от того, каким путем это состояние было достигнуто. В связи с этим возможна другая формулировка этого положения внутренняя энергия есть однозначная функция состояния. [c.16] Если обратиться к бесконечно малым процессам, которые сопровождаются бесконечно малым изменением внутренней энергии системы, то необходимо отметить, что величина ( и обладает теми же свойствами, что и АО она не зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое. Дифференциалы, обладающие таким свойством, в математике называются полными дифференциалами функций. Свойством полного дифференциала является также то, что он равняется сумме частных дифференциалов рассматриваемой функции по переменным. [c.16] Вернуться к основной статье