Закон сохранения энергии в термодинамике. Работа и теплота

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

Было установлено, что теплота переходит в механическую работу и наоборот — работа в теплоту в строго эквивалентных соотноще-ниях (механический эквивалент теплоты, термический эквивалент работы). Вообще оказалось, что и различные другие виды энергии переходят друг в друга в эквивалентных соотношениях. Так эмпирическим путем был открыт и сформулирован закон сохранения энергии, являющийся одним из важнейших всеобщих законов природы в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна при их взаимопревращениях энергия не теряется и не создается вновь. Этот закон был назван Клаузиусом первым началом термодинамики. [c.36]

Второй закон термодинамики так же, как и первый, формулируется с привлечением нескольких постулатов. Если постулаты первого закона термодинамики отражали закон сохранения энергии, то постулаты второго закона отражают принцип минимума свободной энергии и качественную неэквивалентность теплоты и работы в приложении к конкретным термодинамическим процессам. Наибольшую известность получили следующие постулаты. [c.87]

Первый закон термодинамики основан на законе сохранения энергии при взаимопревращениях ее в разных процессах. Его применяют для расчета процессов, протекающих с выделением или поглощением энергии (в форме теплоты). С помощью этого закона можно рассчитать общий запас внутренней энергии в системе и превращение ее в работу или теплоту. [c.6]

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 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]

Как обычно, при использовании классической термодинамики [44] мы будем исходить из ее первого начала. Оно гласит теплота, подведенная к системе, идет на увеличение ее внутренней энергии и на работу, совершаемую системой против внешних сил. При бесконечно малом изменении состояния системы закон сохранения энергии (т. е. первое начало термодинамики) записывается [c.107]

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]

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]

Согласно первому закону термодинамики (закону сохранения энергии), если от окружающей среды химической системе передается некоторое количество теплоты Щ, то часть ее расходуется на изменение внутренней энергии Ц], а остальная часть — на совершение работы бЛ [c.8]

Из закона сохранения энергии следует, что энергетический эквивалент потерянной работы не может исчезнуть совсем он должен появиться в форме изменения энергии другого вида. Опыт показывает, что потерянная работа чаще всего переходит в теплоту. Только этот случай и исследует термодинамика необратимых про- [c.39]

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]

Кроме того, в природе имеют место самопроизвольно происходящие события, которые не сопровождаются выигрышем в энергии. Движущей силой их служит выравнивание некоторых (называемых интенсивными) параметров системы, первоначально неодинаковых в разных ее частях, таких как, например, температура (переход теплоты от более нагретого тела к менее нагретому), концентраций (смешение газов, растворение, диффузия), зарядов (электрический ток) и т. д. При этом может совершаться работа. Обратные переходы не противоречат первому закону термодинамики (закону сохранения энергии), однако самопроизвольно никогда, как об этом свидетельствует опыт всей человеческой практики, не происходят, а требуют для своего осуществления затраты работы. Примером тому может служить работа холодильника или так называемого теплового насоса, переносящего теплоту от менее нагретого, охлаждаемого тела к внешней среде, находящейся при более высокой температуре. [c.170]

А и при этом переходит из состояния 1 в состояние 2, то согласно первому началу термодинамики, являющемуся следствием закона сохранения энергии, количество энергии, которое выделяется или поглощается системой в форме теплоты Q и работы А, т. е. равно измене- [c.91]

Термодинамика как научная дисциплина сложилась в начале XIX в. на основании данных по изучению перехода теплоты в механическую работу (с греческого Легте и dynamis — теплота и движение). В настоящее время термодинамика как одна из дисциплин с наиболее общим подходом в характеристике физико-химических явлений, устанавливает взаимосвязь между различными видами энергии, изучает возможность, направленность и пределы самопроизвольно текущих процессов. Раздел этой науки, изучающий химические реакции, фазовые переходы (кристаллизация, растворение, испарение), адсорбцию, взаимосвязь химической и других видов энергии, а также переход энергии от одной части системы к другой в различных химических процессах называется химической термодинамикой. Изучение происходящих в природе явлений с позиций термодинамики не требует знания причин и механизмов идущих процессов, представлений о строении вещества и т. п. Теоретическо базой этого раздела физической химии являются основные законы — первое и второе начало термодинамики. Первое начало, характеризующее общий запас энергии в изолированной системе, носит всеобщий характер и является отражением закона сохранения энергии второй закон термодинамики устанавливает понятие энтропии и выполняется при определенных ограничениях. В настоящей главе представляется возможным только кратко остановиться на основных положениях. [c.10]

А и при этом переходит из состояния 1 в состояние 2, то согласно первому началу термодинамики, являющемуся следствием закона сохранения энергии, количество энергии, которое выделяется или поглощается системой в форме теплоты Q и работы А, т е + равно изменению полной энергии системы, т е AU при переходе системы из одного состояния в другое [c.91]

Фундаментальными законами термодинамики равновесных систем являются ее первое и второе начала. Первое начало термодинамики — это закон сохранения энергии в наиболее общем виде теплота Q, подведенная к системе, идет на увеличение ее внутренней энергии i7 и на работу А, совершаемую системой против внешних сил. В дифференциальной форме закон сохранения энергии имеет вид [c.403]

В тех случаях, когда существенное значение имеют внутренняя энергия и анализируемой системы, теплота Q, которой система обменивается с окружающей средой, и механическая работа А, производимая системой, закон сохранения энергии используется в форме первого начала (закона) термодинамики, согласно которому подводимая к системе теплота расходуется на изменение внутренней энергии системы и совершение механической работы [c.13]

Первый аакон термодинамики. Первый закон термодинамики непосредственно связан с законом сохранения энергии, который устанавливает эквивалентность различных форм ее. Первый закон устанавливает связь между количеством теплоты, полученной или выделенной в процессе, количеством произведенной или полученной работы и изменением внутренней энергии системы. [c.183]

Основное содержание закона сохранения энергии может быть сформулировано следующим образом энергия системы есть однозначно определяемая функция ее макроскопического состояния, причем состояние системы определяется в значениях его поддающихся измерению параметров. Поскольку полная энергия системы не может быть определена, постольку в классической термодинамике рассматриваются только изменения энергии, сопровождающие изменения состояния системы. Вообще если меняется состояние системы, то ею или над ней совершается механическая работа определяемая внешними силами, и система приобретает или теряет теплоту (3. При переходе от исходного состояния к конечному (отмечаемых индексами соответственно 1 и 2) разность между количеством поглощаемой системой теплоты и совершаемой ею механической работы равна полному изменению энергии Е. Таким образом, математически первый закон может быть выражен соотношением [c.11]

В середине XIX в. Р. Майер и независимо от него Джоуль рассмотрели более интересный случай — взаимные переходы теплоты в работу —и пришли к закону сохранения энергии в форме уравнения (1,4). Это было наиболее существенным шагом в понимании закона сохранения энергии, так как раньше рассматривались только однотипные или близкие по природе составляющие. Рассмотрение теплоты наряду с макроскопически упорядоченными формами изменения энергии — обобщенной работой — является основной идеей термодинамики. [c.9]

Первое начало термодинамики можно сформулировать следующим образом теплота, представляющая одну из форм энергии, при всех превращениях в замкнутой системе, не теряется и не создается вновь. Это то же выражение закона сохранения энергии языком термодинамики, т. е. в приложении к теплоте. Отсюда, более конкретно, первое начало термодинамики может быть выражено так если теплота обращается в работу или работа в теплоту, то количество механической работы эквивалентно количеству теплоты. [c.16]

Второй закон термодинамики. Энтропия. Первый закон термодинамики, являющийся выражением закона сохранения энергии, устанавливает только количественные соотношения при превращениях теплоты в работу и обратно он не рассматривает условия, при которых возможно превращение одного вида энергии в другой. Эти условия вытекают из второго закона термодинамики, одна из формулировок которого (данная Клаузиусом в 1850 г.) гласит теплота не может переходить сама собою от более холодного тела к более нагретому. Другими словами, самопроизвольно, без затраты работы теплота может переходить только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Для передачи теплоты от более холодного тела к более теплому необходимо затратить работу. [c.43]

Первый закон термодинамики является следствием закона сохранения энергии. Допустим, что система, пройдя ряд изменений по некоторо-му циклу, возвращается в исходное состояние. Во время прохождения этого цикла система получала теплоту и совершала работу. Разумеется, на различных стадиях цикла как полученная теплота, так и совершенная работа могут быть и положительными и отрицательными. Согласно закону сохранения энергии, система, вернувшаяся в исходное состояние, обладает точно таким же запасом энергии, как и в исходный момент перед совершением цикла, и, следовательно, вся полученная системой теплота должна быть израсходована к моменту окончания цикла на совершение работы [c.11]

Первый закон термодинамики, который называется также законом эквивалентности теплоты и работы, является одним из частых случаев закона сохранения энергии и служит основой всех тепловых и энергегических расчетов. Этот закон формулируют следующим образом тепловая энергия не может ни исчезнуть бесследно, ни возникнуть вновь из ничего она мом<ет только перейти в строго эквивалентное количество энергии другого рода. При этом установлено, что если система поглощает извне или отдает в окружающее пространство тепло, то последнее расходуется только на изменение внутренней энергии данной системы и на совершение ею внешней работы (если таковая имеет место в данном процессе). Таким образом, если внутре1шяя энергия какой-либо системы (например, газа в сосуде и т. п.) после сообщения этой системе некоторого количества тепла (ЛQ) изменилась на Д(7, то, согласно первому закону термодинамики, имеем [c.66]

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]

В основе термодинамики лежат три обобщения, или принципа первый принцип термодинамики является законом сохранения энергии второй ее принцип характеризует направление всех естественных, самопроизвольно протекающих процессов менее общий третий принцип позволяет определить абсолютное значение одного из фундаментальных свойств вещества — его энтропии (см. 11.3). Эти принципы, или законы, являющиеся обобщением огромного опытного материала, могут быть выражены по-разному часто их формулируют в виде утверждения о невозможности осуществления Perpetuum mobile — вечного двигателя первого рода, в котором производимая машиной работа превышала бы количество подведенной теплоты вечного двигателя второго рода, в котором работа производилась бы за счет одного источника теплоты, и вечного двигателя третьего рода, в котором работа производилась бы за счет охлаждения источника энергии до абсолютного нуля температуры. [c.78]

Энергия — основная физическая величина. Математический аппарат большинства разделов теоретической физики, включая термодинамику, основан на различных формах закона сохранения энергии. Однако важнейшая особенность макроскопических систем, которые рассматриваются в термодинамике, состоит в том, что энергию макроскопической системы невозможно непосредственно измерить. Различные физические методы позволяют только определять изменения энергии отдельных частиц системы — атомов, молекул, ионов. Однако не существует никаких методов непосредственного измерения энергии системы как целого. Изменение энергии макроскопической системы определяют в виде теплоты или работы. Первоначально они рассматривались независимо. Поэтому для макроскопической системы сам факт существования внутренней энергии макроскопической системы как некоторой физической величины удалось установить только в середине XIX в., причем для этого потребовалось открыть ранее неизвестный закон природы — первое начало термодинамики. Впоследствии возникла необходимость использовать и другие неизмеряемые величины — энтропию, химический потенциал и т. п. Широкое применение в математическом аппарате термодинамики непосредственно не измеряемых величин является особенностью термодинамики как науки и сильно затрудняет ее изучение. Однако каждая неизмеряе-мая величина в термодинамике точно определена в виде функций измеряемых величин и все окончательные выводы термодинамики можно проверить на опыте. При этом для описания свойств системы используют специальные термодинамические переменные (или термодинамические параметры). Это физические величины, с помощью которых описывают явления, связанные с взаимными превращениями теплоты и работы. Все это макроскопические величины, выражающие свойства больших групп молекул. Не все эти величины можно непосредственно измерить. [c.6]

Уравнение (VI.1) представляет собой математическое выражение первого начала термодинамики — закона сохранения энергии. Для наглядного представления физического смысла работы против внешних сил рассмотрим систему, представляющую собой газ, заключенный в цилиндр, который отделен от внешней среды перемещающимся без трения поршнем (рис. 69). Если поршень закреплен неподвижно [V = onst), то сообщенная системе теплота полностью идет на увеличение запаса внутренней энергии [c.123]

Гельмгольц в 1847 г. в работе О сохранении силы впервые дал математическое обоснование закона сохранения энергии, а в 1850 г. Р. Клаузиус назвал принцип эквивалентности между работой и теплотой Первым началом термодинамики. Однако эквивалентность между теплотой и работой, которыми система обменивается с окружающей средой, возможна только после циклического процесса, т. е. после возвращения системы в исходное состояние. В любом же отдельно взятом процессе такой эквивалентости нет. Например, при [c.311]

Первое начало термодинамики нередко называют законом сохранения энергии, а иногда — принципом эквивалентности. Чтобы объяснить это, начнем с частного случая системы, заключенной в жесткую адиабатную оболочку. Вследствие жесткости оболочки и ее адиабатности работа внешнего давления и количество теплоты окажутся равными нулю согласно (5,2,5) dU = О, т. е. в системе возможны только изодинамические процессы. Переходя к общему случаю, можно сказать внутренняя энергия системы, свободной от воздействия внешней работы и извне полученной теплоты, остается неизменной, сохраняется . Отсюда — закон сохранения энергии . [c.72]

Некоторые авторы ограничиваются сопоставлением понятий тепла, работы и энергии, но воздерживаются от прямого вывода из этого сопоставления. Например, А. Б. Млодзеевский в своей книге Термодинамика и теория фаз (1922, стр. 12) совершенно правильно подчеркивает, что выражение— энергия есть функция состояния — естьнечто иное, как другая формулировка закона сохранения энергии . Далее он поясняет, что теплота не является функцией состояния, но от прямого вывода из этого сопоставления, что, стало быть, теплоту нельзя рассматривать как вид энергии, он, к сожалению, воздерживается. [c.43]

Устанавливаемые термодинамикой законы справедливы только для материальных систем, изолированных от внешней среды некоторой физической или мысленной оболочкой, препятствующей обмену веществами, но допускающей обмен движением. Такие системы обычно называют изолированными. Для краткости при дальнейшем изложении они будут называться просто системами. Работа и теплота являются количественными мерами передачи движения между системами. Первым началом термодинамики является закон сохранения энергии, т. е. закон ее неуничтожимости как неуничтожимости движения вообще. Теплота (С), поглощенная системой из окружающей среды или выделенная системой в окружающую среду, изменяет внутреннюю энергию ( 7) системы и затрачивается на преодоление сопротивлений, препятствующих изменению состояния системы, т. е. на совершение работы (Л) [c.65]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология