A primeira lei da termodinâmica é o começo de tudo o que existe

O assunto do estudo da termodinâmica é a energiaem todas as suas manifestações e, o mais importante, as transições de energia de uma espécie para outra. Ocorreu que o próprio termo surgiu no início da pesquisa científica no campo da energia, e naquela época a lista de vários tipos de energia ainda era pequena - mecânica e térmica. Portanto, o nome "termodinâmica" refletiu mais precisamente a essência do sujeito - movimento (transferência) e conversão de calor em trabalho mecânico e vice-versa. Gradualmente, houve conceitos que caracterizam os processos térmicos: calor de fusão, capacidade calorífica e, finalmente, uma unidade para medir a quantidade de calor - calorias (1772, M. Wilke). Muito tempo passará e a primeira lei da termodinâmica será formulada, mas cada passo foi o resultado do laborioso trabalho de muitos pesquisadores.

Estudar as leis da termodinâmicaalgumas convenções que permitem isolar o objeto em estudo e especificar suas propriedades a serem estudadas. Os objetos sob investigação são representados como sistemas fechados a partir de um grande número de partículas. Se no sistema é possível determinar os limites de um determinado volume, então ele é chamado de corpo. Foi assim que o principal participante da ação termodinâmica apareceu: o sistema de partículas, fechado em um determinado volume, é um gás ideal. No processo de transformações de energia, o sistema termodinâmico muda seu estado, e essas mudanças são descritas por um conjunto de conceitos - parâmetros do processo. Se a temperatura T, o volume V e a pressão P forem tomados como parâmetros, então são suficientes para descrever qualquer processo termodinâmico. Todos os sistemas são considerados apenas para estados de equilíbrio. O estabelecimento de um equilíbrio, por exemplo, o calor, é um processo de transferência de calor - algo esfria e algo aquece. Ao mesmo tempo, as quantidades "dadas-recebidas", como afirma a primeira lei da termodinâmica, serão as mesmas. E aqui está a principal tarefa que os cientistas resolveram durante séculos: a busca dos participantes na troca de energia e a definição do seu papel no processo.

A base do aparelho teórico da termodinâmicacompõem 3 leis. Assume-se que o corpo pode absorver energia aumentando o seu interno (por exemplo, aquecimento) e / ou devido à sua energia interna para trabalhar na superação de forças externas (por exemplo, empurrando o pistão). A partir daí, a primeira lei da termodinâmica é interpretada da seguinte forma: a mudança na energia interna do corpo U é a soma da energia Q absorvida por ela e a energia das forças externas A. Matematicamente, isto é expresso em termos de mudanças infinitesimais como segue:

dU = dQ + dA (1)

Na verdade, esta é a lei da conservação da energia, podemos dizer, a lei do ser.

As características dos processos termodinâmicos são geralmenteconsidere no modelo onde um gás ideal é tomado pelo corpo de trabalho, que pode ser aquecido e / ou mecanicamente operado por forças externas (compressão-expansão) sobre o pistão, e um dos parâmetros é a pressão P, o volume V ou a temperatura T é igual à constante. A aplicação da primeira lei da termodinâmica aos isoprocessos permite determinar fontes de receptores de energia para condições específicas.

O processo isocórico significa que V = const. A conseqüência é que o trabalho mecânico não está disponível, porque o volume não muda, devido ao aquecimento apenas a energia interna é alterada, e então: dA = pdV = 0 e, portanto, dU = dQ e pode ser determinado a partir da relação:

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

Assim, o processo isocorico é devido ao aumento de temperatura.

O processo isobárico assume p = const, e issoA condição é cumprida se o meio de trabalho realizar trabalho mecânico durante o aquecimento, por exemplo, movendo o pistão. Se alguém aplicar alternativamente as expressões para a energia de aquecimento e a equação de Mendeleev-Kleiperon, podemos facilmente obter uma expressão para calcular o trabalho mecânico do gás:

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

R é a constante de gás, e significaaumentar o volume de gás na quantidade de uma mole, se a temperatura mudar em um grau Kelvin. Conclusão: no processo isobárico, o gás é reabastecido com a energia de aquecimento (2) e consome parte do aumento da energia interna pela expansão (3).

O processo em que T = const, em termodinâmicaé chamado de isotérmico. Sua essência reside no fato de que a energia interna recebida devido ao aquecimento é completamente gasto para trabalhar na superação de forças externas. A primeira lei da termodinâmica para isoprocessos sugere que, para manter uma temperatura corporal constante, sua energia interna compensa o custo de fazer trabalho mecânico e depende da mudança de pressão. Calcular esses custos de energia pode ser da expressão:

Q = A = (m / M) * R * T * (ln (p1 / p2)).