Формулировки первого закона термодинамики Теплота и работа

Первый закон термодинамики является количественной формулировкой закона сохранения энергии в применении к процессам, связанным с превращениями теплоты и работы. [c.33]

Формулировки первого закона термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. В 1840—1849 гг. Джоуль впервые с помощью разнообразных и точных опытов установил эквивалентность механической работы и теплоты AIQ = J, где J — механический эквивалент теплоты — постоянная, не зависящая от способа и вида устройств для превращения работы А в теплоту Q . В дальнейшем было доказано постоянство отношений других видов работы к теплоте, введено обобщающее понятие энергии и сформулирован закон сохранения и эквивалентности энергии при всевозможных взаимных превращениях различных видов энергии переход одного вида энергии в другой совершается в строго эквивалентных количествах в изолированной системе сумма энергий есть величина постоянная. Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии в применении к процессам, которые сопровождаются выделением, поглощением или преобразованием теплоты в работу. В химической термодинамике действие 1-го закона распространяется на ту универсальную форму энергии, которая называется внутренней энергией. [c.73]

Первый закон термодинамики является количественной формулировкой закона сохранения энергии в применении к процессам, связанным с превращениями теплоты и работы, и математически выражается уравнением [c.80]

Формулировки первого закон термодинамики Теплота и работа [c.60]

Однако в пользу классического пути построения второго начала говорят следующие соображения. Метод и границы термодинамики приводят к неизбежности концентрировать внимание на взаимных превращениях теплоты и работы, как макроскопических форм передачи энергии. Сама математическая формулировка первого закона термодинамики связана с этим обстоятельством. Всякие попытки формулировать закономерность, которой следуют все наблюдаемые взаимные превращения теплоты и работы, естественно приводят к формулировкам Клаузиуса, В. Томсона или Планка. Ограничения возможности превращения теплоты в работу приводят к общим критериям направления процесса и условиям равновесия. [c.109]

При формулировке первого закона термодинамики предполагается, что энергия может преобразовываться только в теплоту или работу. Однако принципиально энергия системы можег меняться также при изменении количества вещества при удалении вещества из системы оно уносит часть внутренней энергии этой системы, а при поступлении вещества в систему последняя получает дополнительное количество энергии. Системы, в которых возможно изменение количества вещества за счет его притока или выноса из системы, называют открытыми. Если такой процесс невозможен, систему называют замкнутой. Следует отличать еще изолированную систему, в которой невозможен обмен с внещней средой не только веществом, яо и энергией. В изолированных системах энергия всегда остается постоянной. Термодинамическое исследование открытых систем приобрело важное значение при переходе к живым организмам, которые находятся в обмене веществом с внешней средой. Эти системы также широко используются при моделировании непрерывных процессов в химической промышленности, где в химический реактор (систему реакторов) непрерывно поступают исходные вещества, а на выходе— конечные продукты. Теория открытых процессов (систем) достаточно хорошо разработана, поскольку исторически она возникла одновременно с термодинамикой необратимых процессов, однако при дальнейшем изложении теория открытых процессов не будет рассматриваться более глубоко. [c.220]

Докажите, что следующие две формулировки первого закона термодинамики идентичны 1) увеличение внутренней энергии системы равно сообщенной системе теплоте за вычетом произведенной системой внешней работы 2) подведенная к системе теплота затрачивается на увеличение внутренней энергии системы и на совершение внешней работы. [c.81]

Читатель должен быть знаком с понятиями работы и теплоты хотя бы из курса элементарной физики. Об энергии переноса массы Z, возможно, известно меньше. Она представляет собой количество энергии, которая передается системе не в виде работы или теплоты, а при переносе массы вещества из окружающей среды. Эта величина обычно вводится в учебниках термодинамики значительно позже, а именно при рассмотрении неоднородных систем. Здесь она введена для полноты формулировки первого закона термодинамики. [c.17]

Остается еще вопрос, как сформулировать первый закон термодинамики в рамках приведенного расширения теории. По причинам, объясненным в 14, для открытой системы являются беспредметными как классическая точка зрения (эквивалентность теплоты и работы), так и точка зрения Каратеодори (определение теплоты). Можно, правда, сохранить обычную формулировку, если вновь независимо и произвольно определить подведенную теплоту. В нашем изложении такие рассуждения не представляют интереса. Тогда остается только высказывание, что внутренняя энер- [c.70]

Ломоносов создал стройную кинетическую теорию материи и объяснил теплоту как проявление движения молекул. Он первым указал на невозможность перехода теплоты от холодного тела к горячему, и тем самым вплотную подошел к формулировке второго закона термодинамики. Ломоносов впервые ввел в науку представление о молекулах и установил четкое различие между молекулами и атомами. Он объяснил природу газового состояния, высказал мысль о существовании абсолютного нуля температуры, дал правильное толкование процесса растворения как проявления взаимодействия молекул растворенного вещества с молекулами растворителя, выполнил целый ряд обстоятельных работ по изучению растворов. [c.8]

Сказанное выше, в том числе и формулу (И 1.5), можно рассматривать как формулировку второго закона. Исторический парадокс заключен в появлении этой формулировки раньше закона сохранения энергии и первого закона термодинамики. Дело в том, что Карно и Клапейрон придерживались теории теплорода, согласно которой теплота представляет собой особую невесомую жидкость — теплород, содержащуюся в телах в большем или меньшем количестве, — это и определяет температуру тела. В этом представлении, во-первых, содержался закон сохранения, так как жидкость считалась неуничтожимой. Во-вторых, работа могла совершаться теплородом только при перетекании его от более нагретого тела к менее нагретому, т, е, как бы от большего уровня к меньшему — аналогично перетеканию воды в сообщающихся сосудах. [c.68]

Записанный в таком виде общий принцип сохранения энергии в термодинамическом процессе называется математическим выражением первого закона термодинамики, которому можно дать такую формулировку в термодинамическом процессе подведенная теплота в общем случае расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение внешней работы. [c.46]

Формулировки первого начала термодинамики. Первое начало термодинамики является законом сохранения и превращения энергии в применении к термодинамическим системам. Оно было установлено в результате опытных и теоретических исследований в области физики и химии. Завершающим этапом этих исследований явилось открытие принципа эквивалентности работы и теплоты. Для всякого кругового процесса, протекающего в любой термодинамической системе, отношение суммы всех работ к сумме всех теплот есть величина постоянная, равная единице [c.58]

В связи с первым законом термодинамики мы пришли к понятию внутренней энергии, которая является функцией состояния. В 3 было показано, что изменение внутренней энергии можно измерить, так как оно равно количеству поглощенной теплоты или количеству совершенной работы при соответствующих условиях. Но первый закон не дает никаких указаний относительно направления самопроизвольно идущих процессов. Для того чтобы установить критерий, позволяющий решать, в каком направлении может идти самопроизвольное превращение системы, мы должны обратиться ко второму закону термодинамики, который, как и первый закон, является обобщением опыта человечества. Второй закон не может быть выведен теоретически и принимается как постулат. Имеется несколько формулировок второго закона термодинамики. Так, Клаузиус (1850 г.) ввел в термодинамику следующий постулат теплота не может сама собой переходить от холодного тела к горячему . Формулировка Планка гласит невозможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводится к поднятию тяжести и охлаждению теплового резервуара . Иными словами, Планк утверждает, что теплота не может самопроизвольно переходить в работу без каких-либо других изменений в системе. Эта мысль кроется и в постулате Клаузиуса, так как при самопроизвольном пе- [c.40]

Чтобы выразить первый закон термодинамики в математической форме, ему придают следующую формулировку изменение внутренней энергии системы при всяком процессе равно разности между количеством сообщенной системе теплоты и количеством работы, произведенной системой. [c.44]

Величины изменений функций сохранения энергии определяются собственно теплотой, работой и переносом массы. Основная характеристика такого вида — это внутренняя энергия и, которая связана с другими характеристиками в объединенной формулировке первого и второго законов термодинамики [c.117]

Уравнение (15), которое является точной формулировкой эквивалентности теплоты и работы, описывает первый закон термодинамики. [c.26]

Обе приведенные формулировки второго начала термодинамики fie связаны с какими-либо конкретными представлениями о строении материи. Однако, как впервые показал Л. Больцман (1896), содержание второго закона обусловлено особенностями строения, а именно молекулярной природой вещества. Иными словами, второе начало (в отличие от первого) относится исключительно к системам из большого числа частиц, т. е. таким, поведение которых может быть охарактеризовано статистическими величинами, например температурой и давлением. В связи с этим с точки зрения молекулярно-кинетических представлений второе начало термодинамики можно сформулировать следующим образом все процессы, происходящие в природе, стремятся перейти самопроизвольно от состояния менее вероятного к состоянию более вероятному. Для молекул наиболее вероятным является беспорядочное, хаотичное движение, т. е. тепловое движение. Работа характеризуется более или менее упорядоченным движением частиц, каковое является менее вероятным. Отсюда самопроизвольный переход работы в теплоту можно рассматривать как переход молекулярной системы от упорядоченного движения частиц к более вероятному — хаотическому. [c.65]

В термодинамике применяется еще одна формулировка закона сохранения энергии и носящая название первого закона. Этот закон оперирует в первую очередь с количествами теплоты и работы, которые изучаемая система поглощает и совершает. Теплоту будем обозначать буквой Q, при этом +Q соответствует теплоте, поглощенной системой, — Q соответствует теплоте, выделенной системой символом 6Q обозначают элементарное количество теплоты . Следует обратить внимание на то, что в термохимии часто применяются обратные знаки, т, е. положительной считается выделяющаяся теплота. Представим [c.28]

Допустим, что первая формулировка неправильна. Тогда можно было бы построить периодически действующую машину (работающую циклами так, чтобы машина периодически возвращалась в исходное состояние), которая совершала бы работу за счет теплоты, поглощенной от менее нагретого тела. Например, пароход мог бы двигаться за счет отнятия тепла от воды рек и океанов. Такую машину назвали перпетуум мобиле (вечный двигатель) второго рода. Однако такую машину создать невозможно. Учит -вая это, второй закон термодинамики можно сформулировать так перпетуум мобиле второго рода невозможен. [c.94]

Уравнение (1,21) в термодинамике было получено довольно сложным путем. Поскольку (1,21) нельзя вывести на основе первого начала термодинамики и известных законов физики, то первоначальная задача заключалась в том, чтобы доказать существование функции состояния 5 на основе какого-либо предположения (оно и принималось за формулировку второго начала термодинамики), которое вместе с тем можно было бы считать обобщением результатов опыта. В середине прошлого века такие данные содержались в теории тепловых машин, и поэтому до сих пор в общей и химической термодинамике большое место занимает теория циклических процессов и анализ пере.-ходов теплоты в работу. Необходимое и достаточное условие существования функции состояния 5 можно записать в виде условия [c.22]

Первый закон (начало) термодинамики обоснованно считают част ным случаем закона сохранения энергии применительно к процессам связанным с переходом энергии в системах в форме теплоты и работы Прежде чем рассматривать математическую формулировку первого на чала и следствия из него, познакомимся с понятием внутренняя энер [c.50]

Существует ряд причин, почему второе начало термодинамики относят к наиболее трудным для изучения законам физики. Первая нз них состоит в том, что второе начало необходимо было сначала открыть и сформулировать в виде некоторого суждения (постулата) о свойствах тепловых машин, следствием которого явился вывод о существовании новой функции состояния — энтропии S. В качестве такого постулата выступает, например, утверждение невозможно построить периодически действующую машину, производящую работу за счет теплоты наименее нагретых тел системы . Однако в этой формулировке нет ни слова об энтропии. В отличие от большинства законов теоретической физики фактическое содержание второго начала термодинамики — введение в обиход науки новой функции состояния S — отделено от исходного постулата достаточно длинной цепью логических построений, а из самого постулата совершенно не очевидно указанное выше утверждение. Кроме того, можно привести ряд внешне совсем несхожих утверждений, которые с равным основанием могут считаться формулировками второго начала. [c.37]

Из закона сохранения энергии вытекаег еще одна формулировка первого закона термодинамики —невозможность создания вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода, который производил бы работу, не затрачивая на это энергии. В раскрытии первого закона термодинамики как фундаментального закона природы сыграли большую роль работы Гесса (1840), Майера (1842), Джоуля (1847), Гельмгольца ( 847) и др. В частности, Джоуль обосновал первый закон термодинамики, исходя из опытов превращения механической энергии в теплоту. [c.191]

Выражения (11.31) и (II.31а) показывают, что Qp и различаются на работу расширения, равную AnRT. Действительно, если процесс идет при V = onst, то вся теплота, направленная в систему, расходуется на приращение ее химической энергии (допускается, что в рассматриваемой системе единственно возможная работа—это работа расширения). Если тот же процесс проводится при Р — onst, то к приращению химической энергии добавляется еще и работа расширения системы, в результате чего расход теплоты увеличивается (см. Формулировку первого закона термодинамики, второй вариант). [c.70]

Любое измеиенне энергин системы можно рассматривать через-изменение работы или теплоты, происходящее через се стенки теплота и работа являются едипственпыми путями пз.менения энергии закрытой системы. Следовательно, энергия изолированной системы постоянна. Это формулировка первого закона термодинамики. [c.63]

Стремление достичь некоторой общности в формулировках пер-, вого и второго законов термодинамики привело к формулированию второго закона в виде Невозможно создать вечный двигатель (perpetuum mobile) второго рода (Оствальд). Вечным двигателем второго рода называется двигатель, который работал бы с одним источником тепла, т. е. такой, с помощью которого можно было бы непрерывно превращать теплоту единственного тела окружающей среды в работу. Другими словами, это двигатель, преврающий теплоту в работу при отсутствии разности температур в окружающей среде. Двигатель с одним источником тепла не производил бы работы из ничего и, следовательно, не противоречил бы закону сохранения энергии (первому закону термодинамики). Однако если бы можно было создать такой двигатель, то, используя в качестве источника теплоты окружающую нас атмосферу или воду океанов, обладающих громадными, практически неограниченными [c.59]

В ЭТИХ сообщениях Томсоном и Клаузиусом было сформулировано первое начало термодинамики (принцин эквивалентности теплоты и работы). Далее Клаузиус на основе анализа цикла Карно показал, что вывод Карно представляет собой выражение некоторого общего закона Тепло не может переходить само собой от более холодного тела к более теплому без соответствующей компенсации. Это — одна из формулировок второго начала термодинамики. У. Томсон также дал формулировку второго начала. Он распространил действие этого закона на всю Вселенную и пришел к известному выводу о неизбежности тепловой смерти Вселенной, что вызвало справедливые возражения ученых. [c.411]

Но понятие энтропии возникло только спустя два с липшим тысячелетия. Ввел его в 1870 г. немецкий физик Клаузиус, и этим он положил начало второму закону термодинамики. Однако мы сначала напомним первый закон. Ему можно дать различную формулировку, но суть одна — энергия не может возникнуть из ничего а исчезнуть бесследно. Применительно к тепловым процессам этот закон утверждает, что изменение внутренней энергии системы 17 равно количеству сообш,енной системе теплоты за вычетом работы А, совершенной системой Д / = — Q — А. Ясно, что в системе, не совер- [c.30]

В настоящее время, как известно, первое начало термодинамики имеет шесть различных формулировок [18]. Остановимся на одной из них, по своей значимости вполне эквивалентной остальным. В этой формулировке говорится о том, что сумма тепла и работы не зависит от пути процесса. В ней сразу видно близкое соответствие данного положения закону Гесса, гласящему, что тепловой эффект процесса не зависит от пути процесса. Действительно, согласно общеизвестному определению, тепловой эффект как раз и представляет собою 1) или теплоту, выделенную системой при постоянном объеме ((2,), когда работа равна нулю, 2) или теплоту, выделенную системой при постоянцом давлении, когда тецлдвой эффект состоит из топ-йоты, выделенной при постоянном объеме плюс работа системы, то, что ныне обозначается, как QJ или ЛЛ. [c.170]

Однако несмотря на огромное значение Первого начала для аксиоматки термодинамики, оно одно не объясняло принципиального отличия теплоты от работы, не позволяло предсказывать направление и пределы протекания различных процессов и положение равновесия. Все эти задачи были решены после постулирования Второго начала. Основная идея этого закона была высказана в 1824 г. французским инженером С. Карно. Наблюдая за работой водяной мельницы, он сравнил падение воды с переходом тепла от более нагретого тела к менее нагретому. И вода, и тепло в этих процессах могут совершать работу, зависящую от перепада уровней высот или температур. Карно сформулировал принцип, в дальнейшем получивший его имя для производства работы тепловой машиной необходимы два термостата с различными температурами. Это была исторически первая формулировка Второго начала. Однако Карно, исходивший из теории теплорода, нарушил в своих рассуждениях Первое начало, так как по аналогии с водяной мельницей допустил, что количество теплорода в системе остается неизменным, т. в. получил работу практически из ничего. Другими словами, он получил вечный двигатель первого рода, запретив своим принципом создание вечного двигателя второго рода, получающего работу из одного термостата. Позже стало ясно, что теплота, полученная системой из горячего термостата, равна сумме теплоты, отданной системой холодному термостату и совершенной работы. [c.313]