Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики: теплота может превращаться в механическую работу, а работа в теплоту лишь в строго эквивалентных количествах, причем количество теплоты, полученное рабочим телом от какого-либо источника тепла, равно сумме приращения внутренней энергии этого тела и количества совершенной им работы, т. е.
Q=AL + (U2-U1)
где Q — подведенная к рабочему телу теплота; А — коэффициент пропорциональности; L — работа, произведенная рабочим телом в результате подвода теплоты; U1 — внутренняя энергия рабочего тела в начале подвода теплоты; U2 — внутренняя энергия рабочего тела в конце подвода теплоты.
В 1843—1860 гг. английский физик Джоуль провел опыт по установлению соотношения между работой, затраченной при выделении теплоты и количеством выделенной теплоты. Ему удалось вычислить величину А = 0,002345 ккал/(кгс * м), которая называется тепловым эквивалентом работы. Также он вычислил и механический эквивалент теплоты I:
I = 1/А
I = 426,935 кгс м/ккал.
В настоящее время для измерения количества теплоты и работы используются различные единицы, соотношения между которыми приведены в таблице:
Таблица. Соотношения между единицами измерения теплоты и работы
| Единица | Дж | эрг | кгс * м | ккал | кВт * ч |
| Дж | — | 10^7 | 0,101972 | 2,4 * 10^-4 | 2,7778 * 10^-7 |
| эрг | 10^-7 | — | 10.1972 * 10^-3 | 24 * 10^-12 | 27,778 * 10^-15 |
| кгс * м | 9,80665 | 98,0665 * 10^6 | — | 2,3 * 10^-3 | 2,7207 * 10^-5 |
| ккал | 4186,8 | 41,868 *10^9 | 426,935 | — | 1,163 * 10^-3 |
| кВт * ч | 3,6 * 106 | 36 * 10^12 | 367 098 | 859,865 | — |
В дальнейшем для упрощения в термодинамических уравнениях коэффициенты А и I будут опускаться, а работа и теплота будут выражаться в одинаковых единицах.
Для рабочего тела массой 1 кг уравнение первого закона термодинамики примет вид:
q = AI + (U2 -U1),
где q — удельная теплота, подводимая к рабочему телу или отводимая от него; I — удельная работа изменения объема рабочего тела; U1 и U2 удельная внутренняя энергия в начале и конце подвода теплоты соответственно.
В термодинамике принято следующее:
- теплоту Q считать положительной, если она подводится к газу и отрицательной, если она отводится;
- изменение внутренней энергии дельта U считать положительным, если температура газа растет, и отрицательным, если она падает;
- работу L считать положительной, если газ расширяется и отрицательной, если газ сжимается под действием внешних сил.
