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.
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.