งานชิ้นแรกเริ่มขึ้นในวิชาอุณหพลศาสตร์ กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ พลังงานภายในความอบอุ่น งานแก๊สระหว่างการขยายตัว การเชื่อมต่อพลังงาน Gibbs กับพลังงานฟรี
การกำหนดกฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์อย่างง่ายอาจฟังดูประมาณนี้: การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบใดระบบหนึ่งเป็นไปได้ภายใต้อิทธิพลภายนอกเท่านั้น กล่าวคือสำหรับการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่เกิดขึ้นในระบบจำเป็นต้องใช้ความพยายามบางอย่างจากภายนอก ในภูมิปัญญาชาวบ้านสุภาษิตสามารถใช้เป็นสำนวนหนึ่งของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ - "น้ำไม่ไหลใต้หินที่วางอยู่" "คุณไม่สามารถดึงปลาออกจากบ่อได้อย่างง่ายดาย" เป็นต้น นั่นคือการใช้ตัวอย่างสุภาษิตเกี่ยวกับปลาและแรงงานเราสามารถจินตนาการได้ว่าปลาเป็นระบบปิดตามเงื่อนไขของเราจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น (ปลาจะไม่ดึงตัวเองออกจากบ่อ) โดยปราศจากอิทธิพลภายนอกและการมีส่วนร่วม (แรงงาน) ของเรา
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ: เป็นกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ที่กำหนดว่าเหตุใดความพยายามมากมายของนักวิทยาศาสตร์นักวิจัยนักประดิษฐ์ในการประดิษฐ์ "เครื่องเคลื่อนที่ตลอดกาล" จึงล้มเหลวเนื่องจากการดำรงอยู่ของมันเป็นไปไม่ได้อย่างแน่นอนตามกฎหมายนี้ทำไมโปรดดูย่อหน้าข้างบน
ในตอนต้นของบทความของเรามีคำจำกัดความที่ง่ายที่สุดที่เป็นไปได้ของกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ในความเป็นจริงในทางวิชาการมีสูตรสาระสำคัญของกฎหมายนี้มากถึงสี่สูตร:
- พลังงานไม่ปรากฏจากที่ใดก็ได้และไม่หายไปไหน แต่จะส่งผ่านจากประเภทหนึ่งไปยังอีกประเภทหนึ่งเท่านั้น (กฎการอนุรักษ์พลังงาน)
- ปริมาณความร้อนที่ระบบได้รับจะไปทำงานต่อต้านแรงภายนอกและเปลี่ยนพลังงานภายใน
- การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบระหว่างการเปลี่ยนสถานะจากสถานะหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่งจะเท่ากับผลรวมของการทำงานของแรงภายนอกและปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังระบบและไม่ขึ้นอยู่กับวิธีการเปลี่ยนแปลงนี้
- การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบเทอร์โมไดนามิกส์ที่ไม่แยกตัวจะเท่ากับความแตกต่างระหว่างปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังระบบและงานที่ระบบทำจากแรงภายนอก
สูตรของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์
สูตรสำหรับกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์สามารถเขียนได้ดังนี้:
ปริมาณความร้อน Q ที่ถ่ายโอนไปยังระบบจะเท่ากับผลรวมของการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในΔUและงาน A
กระบวนการของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์
นอกจากนี้กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ยังมีความแตกต่างของตัวเองขึ้นอยู่กับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่กำลังดำเนินอยู่ซึ่งอาจเป็นไอโซโครนัสและไอโซบาริกและด้านล่างนี้เราจะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับแต่ละกระบวนการ
กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์สำหรับกระบวนการไอโซคอริก
กระบวนการไอโซโคริกในอุณหพลศาสตร์คือกระบวนการที่เกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ นั่นคือถ้าสารในเรือได้รับความร้อนไม่ว่าจะเป็นก๊าซหรือของเหลวจะเกิดกระบวนการไอโซโคริกเนื่องจากปริมาตรของสารจะไม่เปลี่ยนแปลง เงื่อนไขนี้ยังส่งผลต่อกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการไอโซโคริก
ในกระบวนการไอโซโคริกปริมาตร V เป็นค่าคงที่ดังนั้นก๊าซจึงไม่ทำงาน A \u003d 0
จากนี้มาสูตรต่อไปนี้:
Q \u003d ΔU \u003d U (T2) - U (T1)
ในที่นี้ U (T1) และ U (T2) คือพลังงานภายในของก๊าซในสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย พลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น (กฎของจูล) ด้วยการให้ความร้อนแบบไอโซโคริกความร้อนจะถูกดูดซับโดยก๊าซ (Q\u003e 0) และพลังงานภายในจะเพิ่มขึ้น เมื่อเย็นตัวลงความร้อนจะถูกถ่ายเทไปยังร่างกายภายนอก (Q< 0).
กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์สำหรับกระบวนการไอโซบาริก
ในทำนองเดียวกันกระบวนการไอโซบาริกเป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นในระบบที่ค่าคงที่และมวลของก๊าซ ดังนั้นในกระบวนการไอโซบาริก (p \u003d const) งานที่ทำโดยก๊าซจะแสดงโดยสมการต่อไปนี้ของกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์:
A \u003d p (V2 - V1) \u003d p ΔV
กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ของ isobaric ให้:
Q \u003d U (T2) - U (T1) + p (V2 - V1) \u003d ΔU + p ΔV ด้วยการขยายตัวของไอโซบาริก Q\u003e 0 ความร้อนจะถูกดูดซับโดยก๊าซและก๊าซจะทำงานในเชิงบวก ที่การบีบอัดไอโซบาริก Q< 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T2 < T1; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.
การประยุกต์กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์
กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์มีการประยุกต์ใช้ได้จริงกับกระบวนการต่างๆในฟิสิกส์เช่นช่วยให้คุณสามารถคำนวณค่าพารามิเตอร์ในอุดมคติของก๊าซสำหรับกระบวนการทางความร้อนและทางกลที่หลากหลาย นอกเหนือจากการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติอย่างแท้จริงแล้วกฎหมายนี้ยังสามารถนำไปใช้ในเชิงปรัชญาได้อีกด้วยเพราะไม่ว่าคุณจะพูดอะไร แต่กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์เป็นการแสดงออกของกฎแห่งธรรมชาติทั่วไปส่วนใหญ่นั่นคือกฎการอนุรักษ์พลังงาน แม้แต่ท่านผู้ประกาศก็ยังเขียนว่าไม่มีสิ่งใดปรากฏขึ้นจากที่ใดและไม่ไปไหนทุกอย่างยังคงอยู่ชั่วนิรันดร์เปลี่ยนแปลงตลอดเวลานี่คือสาระสำคัญทั้งหมดของกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์
กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์วิดีโอ
และในตอนท้ายของบทความของเราวิดีโอให้ความรู้เกี่ยวกับกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์และพลังงานภายในเพื่อความสนใจของคุณ
(เช่นเดียวกับพลังงาน)
กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ได้รับการกำหนดโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน J. L. Maner ในปี พ.ศ. 2385 และได้รับการยืนยันจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ J. Joule ในปี พ.ศ. 2386
มีสูตรดังนี้:
การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบระหว่างการเปลี่ยนสถานะจากสถานะหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่งเท่ากับผลรวมของการทำงานของแรงภายนอกและปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังระบบ:
ΔU = ก + ถาม,
ที่ไหน ΔU - การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน ก - การทำงานของกองกำลังภายนอก ถาม - ปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังระบบ
จาก ( ΔU = ก + ถาม) ดังต่อไปนี้ กฎหมายการอนุรักษ์พลังงานภายใน ... หากระบบแยกออกจากอิทธิพลภายนอกแล้ว ก = 0 และ ถาม = 0 และดังนั้นจึง ΔU = 0 .
สำหรับกระบวนการใด ๆ ที่เกิดขึ้นในระบบแยกพลังงานภายในของมันจะคงที่
หากงานนั้นทำโดยระบบไม่ใช่โดยกองกำลังภายนอกสมการ ( ΔU \u003d A + Q) เขียนเป็น:
ที่ไหน ก " - งานที่ทำโดยระบบ ( ก "\u003d -A).
ปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังระบบจะใช้เพื่อเปลี่ยนพลังงานภายในและเพื่อให้ระบบทำงานกับร่างกายภายนอก
กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์สามารถกำหนดเป็นความเป็นไปไม่ได้ของการมีอยู่ของเครื่องจักรการเคลื่อนที่แบบต่อเนื่องประเภทแรกซึ่งจะทำงานได้โดยไม่ต้องดึงพลังงานจากแหล่งใด ๆ (กล่าวคือเกิดจากพลังงานภายในเท่านั้น)
อันที่จริงหากไม่ได้ให้ความร้อนแก่ร่างกาย ( ถาม - 0 ) แล้วทำงาน ก "ตามสมการเกิดขึ้นเนื่องจากการลดลงของพลังงานภายในเท่านั้น ก "\u003d -ΔU... หลังจากการจ่ายพลังงานหมดลงเครื่องยนต์จะหยุดทำงาน
ควรจำไว้ว่าทั้งงานและปริมาณความร้อนเป็นลักษณะของกระบวนการเปลี่ยนพลังงานภายในดังนั้นจึงไม่สามารถกล่าวได้ว่าระบบมีความร้อนหรืองานจำนวนหนึ่ง ระบบในสถานะใด ๆ มีพลังงานภายในเพียงบางส่วน
การประยุกต์กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์กับกระบวนการต่างๆ
พิจารณา การประยุกต์กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ ไปยังต่างๆ กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์.
กระบวนการ Isochoric
การพึ่งพา พี (T) แผนภาพอุณหพลศาสตร์แสดงให้เห็น isochoรอย.
กระบวนการ Isochoric (isochoric) - กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นในระบบที่ปริมาตรคงที่
กระบวนการไอโซคอริกสามารถดำเนินการได้ในก๊าซและของเหลวที่อยู่ในภาชนะที่มีปริมาตรคงที่
ในกระบวนการไอโซโคริกปริมาตรของก๊าซไม่เปลี่ยนแปลง ( ΔV \u003d 0) และตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์
ΔU = ถาม,
นั่นคือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทเนื่องจากการทำงาน ( A \u003d pΔV=0 ) ไม่ได้ดำเนินการโดยก๊าซ
หากแก๊สร้อนขึ้นแสดงว่า ถาม\u003e 0 และ ΔU\u003e 0พลังงานภายในของเขาเพิ่มขึ้น เมื่อระบายความร้อนด้วยแก๊ส ถาม< 0 และ ΔU< 0 พลังงานภายในลดลง
กระบวนการไอโซเทอร์มอล
กระบวนการความร้อนใต้พิภพจะแสดงเป็นกราฟิก ไอโซเทอร์ม.
กระบวนการไอโซเทอร์มอล เป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นในระบบที่อุณหภูมิคงที่
เนื่องจากพลังงานภายในของก๊าซไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการความร้อนให้ดูที่สูตร 
, (T \u003d const) จากนั้นปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ถ่ายโอนไปยังก๊าซจะไปทำงาน:
เมื่อก๊าซได้รับความร้อน ( ถาม > 0 ) เขาทำงานเชิงบวก ( A "\u003e 0). หากก๊าซให้ความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อม ถาม < 0 และ ก "< 0 ... ในกรณีนี้งานจะทำกับก๊าซโดยกองกำลังภายนอก สำหรับกองกำลังภายนอกผลงานเป็นบวก ในทางเรขาคณิตการทำงานในกระบวนการความร้อนใต้พิภพจะถูกกำหนดโดยพื้นที่ใต้เส้นโค้ง พี (V).
กระบวนการไอโซบาริก.
แสดงกระบวนการไอโซบาริกบนแผนภาพอุณหพลศาสตร์ ไอโซบาริก.
กระบวนการ Isobaric (ไอโซบาริก)- กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ในระบบแรงดันคงที่ ร.
ตัวอย่างของกระบวนการไอโซบาริกคือการขยายตัวของก๊าซในกระบอกสูบที่มีลูกสูบโหลดฟรี
ในกระบวนการไอโซบาริกตามสูตรปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังก๊าซจะเปลี่ยนพลังงานภายใน ΔUและเพื่อให้ทำงานได้ ก " ที่ความดันคงที่:
Q \u003d ΔU + A "
การทำงานของก๊าซในอุดมคติถูกกำหนดโดยกราฟการพึ่งพา พี (V) สำหรับกระบวนการไอโซบาริก ( A "\u003d pΔV).
สำหรับก๊าซในอุดมคติในกระบวนการไอโซบาริกปริมาตรจะเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิในก๊าซจริงส่วนหนึ่งของความร้อนจะถูกใช้ไปกับการเปลี่ยนพลังงานปฏิสัมพันธ์โดยเฉลี่ยของอนุภาค
กระบวนการอะเดียแบติก.
กระบวนการอะเดียแบติก (กระบวนการอะเดียแบติก) เป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นในระบบที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม ( ถาม= 0) .
การแยกอะเดียแบติกของระบบทำได้โดยประมาณในเรือ Dewar ในเปลือกหอยอะเดียแบติกที่เรียกว่า ระบบแยกอะเดียแบติกไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของร่างกายโดยรอบ พลังงานภายในของเธอ ยู สามารถเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากงานที่ทำโดยหน่วยงานภายนอกในระบบหรือระบบเอง
ตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ ( ΔU \u003d A + Q) ในระบบอะเดียแบติก
ΔU \u003d ก,
ที่ไหน ก - การทำงานของกองกำลังภายนอก
ด้วยการขยายตัวของก๊าซอะเดียแบติก และ< 0 ... ดังนั้น
,
ซึ่งหมายถึงการลดลงของอุณหภูมิระหว่างการขยายตัวของอะเดียแบติก นำไปสู่ความจริงที่ว่าความดันก๊าซลดลงอย่างรวดเร็วมากกว่าในกระบวนการความร้อน ในรูปด้านล่างอะเดียบัต 1-2 ซึ่งผ่านระหว่างไอโซเทอร์มสองตัวแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงสิ่งที่พูด พื้นที่ใต้อะเดียแบตมีค่าเป็นตัวเลขเท่ากับงานที่ทำโดยก๊าซในระหว่างการขยายตัวของอะเดียแบติกจากปริมาตร V 1 ก่อนหน้านี้ วี 2.
การบีบอัดอะเดียแบติก นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของก๊าซเนื่องจากผลของการชนกันอย่างยืดหยุ่นของโมเลกุลของก๊าซกับลูกสูบพลังงานจลน์เฉลี่ยของพวกมันจะเพิ่มขึ้นในทางตรงกันข้ามกับการขยายตัวเมื่อมันลดลง (ในกรณีแรกความเร็วของโมเลกุลของก๊าซจะเพิ่มขึ้นในวินาทีที่พวกมันลดลง)
ความร้อนที่คมชัดของอากาศในระหว่างการบีบอัดอะเดียแบติกใช้ในเครื่องยนต์ดีเซล
สมการสมดุลความร้อน
ในระบบเทอร์โมไดนามิกส์แบบปิด (แยกออกจากร่างกายภายนอก) การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของร่างกายใด ๆ ของระบบ ΔU 1 ไม่สามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบทั้งหมด ดังนั้น
หากร่างกายใด ๆ ภายในระบบไม่ทำงานตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของร่างกายใด ๆ เกิดขึ้นเนื่องจากการแลกเปลี่ยนความร้อนกับร่างกายอื่น ๆ ของระบบนี้เท่านั้น: ΔU i \u003d Q ผม... รับเราได้รับ:
สมการนี้เรียกว่า สมการสมดุลความร้อน... ที่นี่ ถามฉัน - ปริมาณความร้อนที่ได้รับหรือให้ออก ผมร่างกาย. ปริมาณความร้อนใด ๆ ถามฉัน อาจหมายถึงความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับในระหว่างการหลอมละลายของร่างกายการเผาไหม้เชื้อเพลิงการระเหยหรือการควบแน่นของไอน้ำหากกระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้นกับส่วนต่างๆของระบบและจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนที่สอดคล้องกัน
สมการสมดุลความร้อนเป็นนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ กฎการอนุรักษ์พลังงานระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อน.
เรียกว่ากระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ ย้อนกลับได้ หากสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและในทิศทางตรงกันข้ามและหากกระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้นก่อนในทิศทางไปข้างหน้าจากนั้นไปในทิศทางตรงกันข้ามและระบบกลับสู่สถานะเดิมจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมและในระบบนี้
กระบวนการใด ๆ ที่ไม่เป็นไปตามเงื่อนไขเหล่านี้คือ กลับไม่ได้
กระบวนการสมดุลใด ๆ สามารถย้อนกลับได้ ความสามารถในการย้อนกลับของกระบวนการสมดุลที่เกิดขึ้นในระบบเกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่าสถานะกลางใด ๆ ของมันเป็นสถานะของสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ไม่ว่ากระบวนการจะเดินหน้าหรือถอยหลัง กระบวนการจริงมาพร้อมกับการกระจายพลังงาน (เนื่องจากแรงเสียดทานการนำความร้อน ฯลฯ ) ซึ่งเราไม่ได้พิจารณา กระบวนการที่ย้อนกลับได้คือการทำให้เป็นอุดมคติของกระบวนการจริงการพิจารณาของพวกเขาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับครั้งที่ 2 เหตุผล: 1) กระบวนการหลายอย่างในธรรมชาติและเทคโนโลยีสามารถย้อนกลับได้จริง 2) กระบวนการที่ย้อนกลับได้นั้นประหยัดที่สุด มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดซึ่งช่วยให้คุณระบุวิธีเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนจริง
แก๊สทำงานเมื่อปริมาตรเปลี่ยนไป
งานจะทำก็ต่อเมื่อระดับเสียงเปลี่ยนไป
ให้เราพบโดยทั่วไปแล้วงานภายนอกที่ทำโดยก๊าซเมื่อปริมาตรของมันเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่นลองพิจารณาก๊าซใต้ลูกสูบในภาชนะทรงกระบอก หากก๊าซขยายตัวเคลื่อนลูกสูบไปยัง dl ระยะทางเล็ก ๆ ไม่สิ้นสุดก็จะทำงานกับมัน
A \u003d Fdl \u003d pSdl \u003d pdV โดยที่ S คือพื้นที่ของลูกสูบ Sdl \u003d dV คือการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรของระบบ ดังนั้นA \u003d pdV. (1)
ผลงานทั้งหมดที่ทำโดยก๊าซเมื่อปริมาตรเปลี่ยนจาก V1 เป็น V2 สามารถหาได้โดยการรวมสูตร (1): A \u003d pdV (จาก V1 ถึง V2) (2)
ผลการรวมถูกกำหนดโดยลักษณะของความสัมพันธ์ระหว่างความดันและปริมาตรของก๊าซ นิพจน์ (2) ที่พบสำหรับงานนี้ใช้ได้กับการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในปริมาตรของของแข็งของเหลวและก๊าซ
ป
การทำงานทั้งหมดของก๊าซจะเท่ากับพื้นที่ของรูปที่ล้อมรอบด้วย abscissa เส้นโค้งและค่า V1, V2
กระบวนการสมดุลเท่านั้นที่สามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกได้ - กระบวนการที่ประกอบด้วยลำดับของสภาวะสมดุล พวกเขาดำเนินการในลักษณะที่การเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ในช่วงเวลา จำกัด นั้นมีน้อยมาก กระบวนการที่แท้จริงทั้งหมดไม่มีความสมดุล (ดำเนินไปด้วยความเร็ว จำกัด ) แต่ในบางกรณีการไม่มีความสมดุลของกระบวนการเหล่านี้อาจถูกละเลยได้ (ยิ่งกระบวนการดำเนินไปช้าลงเท่าใดก็จะยิ่งเข้าใกล้สมดุลมากขึ้นเท่านั้น)
กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์
มี 2 \u200b\u200bวิธีในการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างร่างกาย:
การถ่ายเทพลังงานผ่านการถ่ายเทความร้อน (ผ่านการถ่ายเทความร้อน);
ผ่านการทำงาน
ดังนั้นเราสามารถพูดถึงรูปแบบการถ่ายโอนพลังงานจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง: งานและความร้อน พลังงานของการเคลื่อนไหวเชิงกลสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนและในทางกลับกัน ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีการปฏิบัติตามกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน เกี่ยวกับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์กฎนี้เป็นกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์:
∆U \u003d Q-A หรือ Q \u003d ∆U + A .(1)
นั่นคือความร้อนที่ส่งเข้าสู่ระบบจะถูกใช้ไปกับการเปลี่ยนพลังงานภายในและในการทำงานกับแรงภายนอก นิพจน์นี้ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียลจะมีรูปแบบQ \u003d dU + A (2) โดยที่ dU เป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบเพียงเล็กน้อยAเป็นงานพื้นฐานQคือความร้อนเพียงเล็กน้อย
จากสูตร (1) เป็นไปตามนั้นใน SI ปริมาณความร้อนจะแสดงในหน่วยเดียวกับงานและพลังงานนั่นคือ ในหน่วยจูล (J)
หากระบบกลับสู่สถานะเดิมเป็นระยะการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน ∆U \u003d 0 จากนั้นตามกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์ A \u003d Q,
นั่นคือเครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดเวลาประเภทแรกซึ่งเป็นเครื่องยนต์ที่ทำงานเป็นระยะซึ่งจะทำงานได้มากกว่าพลังงานที่ส่งมาจากภายนอก - เป็นไปไม่ได้ (หนึ่งในสูตรของกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์)
การประยุกต์กฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์กับไอโซโพรเซสและกระบวนการอะเดียแบติก
ในบรรดากระบวนการสมดุลที่เกิดขึ้นกับระบบอุณหพลศาสตร์ไอโซโพรเซสมีความโดดเด่นซึ่งหนึ่งในพารามิเตอร์หลักของสถานะยังคงที่
กระบวนการ Isochoric (V= const)
ในกระบวนการนี้ก๊าซจะไม่ทำงานกับร่างกายภายนอกนั่นคือA \u003d pdV \u003d 0
จากนั้นจากกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์ความร้อนทั้งหมดที่ถ่ายโอนไปยังร่างกายจะไปเพิ่มพลังงานภายใน: Q \u003d dU รู้ว่า dU m \u003d C v dT
จากนั้นสำหรับมวลของก๊าซโดยพลการเราได้รับQ \u003d dU \u003d m \\ M * C v dT
กระบวนการไอโซบาริก (น= const).
ในกระบวนการนี้การทำงานของก๊าซที่มีปริมาตรเพิ่มขึ้นจาก V1 ถึง V2 เท่ากับ A \u003d pdV (จาก V1 ถึง V2) \u003d p (V2-V1) และกำหนดโดยพื้นที่ของรูปที่ล้อมรอบด้วย abscissa เส้นโค้ง p \u003d f (V) และค่าของ V1 V2. หากเราจำ ur-e ของ Mendeleev-Clapeyron สำหรับ 2 สถานะที่เราเลือกแล้ว
pV 1 \u003d m \\ M * RT 1, pV 2 \u003d m \\ M * RT 2, มาจากไหน V 1 - V 2 \u003d m \\ M * R \\ p (T 2 - T 1) จากนั้นนิพจน์สำหรับการทำงานของการขยายไอโซบาริกจะอยู่ในรูปแบบ A \u003d m \\ M * R (T 2 - T 1) (1.1).
ในกระบวนการไอโซบาริกเมื่อก๊าซมวล m ให้ปริมาณความร้อน
Q \u003d m \\ M * C p dT พลังงานภายในของมันเพิ่มขึ้นโดย dU \u003d m \\ M * C v dT ในกรณีนี้ก๊าซจะทำงานที่กำหนดโดยนิพจน์ (1.1).
กระบวนการไอโซเทอร์มอล (ที= const).
กระบวนการนี้อธิบายโดยกฎหมาย Boyle-Mariotte: pV \u003d const
ให้เราค้นหาผลงานของการขยายตัวของก๊าซไอโซเทอร์มอล: A \u003d pdV (จาก V1 ถึง V2) \u003d m / M * RTln (V2 / V1) \u003d m / M * RTln (p1 / p2)
เนื่องจากที่ T \u003d const พลังงานภายในของก๊าซอุดมคติจะไม่เปลี่ยนแปลง: dU \u003d m / M * C v dT \u003d 0 จากนั้นจากกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์ (Q \u003d dU + A) เป็นไปตามนั้นสำหรับกระบวนการความร้อนใต้พิภพQ \u003d Aนั่นคือปริมาณความร้อนทั้งหมดที่จ่ายให้กับก๊าซจะถูกใช้ไปกับการทำงานกับแรงภายนอก: Q \u003d A \u003d m / M * RTln (p1 / p2) \u003d m / M * RTln (V2
ดังนั้นเพื่อให้อุณหภูมิไม่ลดลงในระหว่างการขยายตัวของก๊าซจึงจำเป็นต้องจัดหาปริมาณความร้อนที่เทียบเท่ากับการขยายตัวของก๊าซภายนอกในระหว่างกระบวนการความร้อน
สำหรับระบบในสิ่งมีชีวิตที่เป็นไปได้กระบวนการทางความร้อน (การดูดซึมหรือการปล่อยความร้อน) มีความสำคัญ ตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์อุณหพลศาสตร์ ระบบ (ตัวอย่างเช่นไอน้ำในเครื่องยนต์ความร้อน) สามารถทำงานได้โดยเสียค่าใช้จ่ายภายในเท่านั้น พลังงานหรือ k.-l. ต่อ แหล่งพลังงาน กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์มักถูกกำหนดให้เป็นไปไม่ได้ของการมีอยู่ของเครื่องจักรการเคลื่อนที่แบบถาวรชนิดแรกซึ่งจะทำงานได้โดยไม่ต้องดึงพลังงานจากแหล่งที่มาบางแห่ง
ป กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์แนะนำแนวคิดเรื่องพลังงานภายในของระบบว่าเป็นหน้าที่ของสถานะ เมื่อระบบได้รับแจ้งความร้อนจำนวนหนึ่ง Q มีการเปลี่ยนแปลงภายใน พลังงานของระบบ DU และระบบทำงาน A:
DU \u003d Q + A.
ป กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าแต่ละสถานะของระบบมีลักษณะเฉพาะด้วยค่า int พลังงาน U ไม่ว่าระบบจะเข้าสู่สถานะนี้อย่างไร ซึ่งแตกต่างจากค่า U ค่า A และ Q ขึ้นอยู่กับกระบวนการที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสถานะของระบบ หากสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย a และ b อยู่ใกล้กันอย่างไม่มีที่สิ้นสุด (การเปลี่ยนระหว่างสถานะดังกล่าวเรียกว่ากระบวนการที่ไม่มีที่สิ้นสุด) กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์จะถูกเขียนในรูปแบบ:
ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลง int น้อยที่สุด พลังงาน dU คือผลต่างทั้งหมดของ f-tion สถานะเหล่านั้น อินทิกรัล \u003d U b - U a ในขณะที่ปริมาณความร้อนและการทำงานมีน้อยไม่แตกต่างกัน ปริมาณเช่น ปริพันธ์ของปริมาณที่น้อยที่สุดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับเส้นทางการเปลี่ยนผ่านที่เลือกระหว่างสถานะ a และ b (บางครั้งเรียกว่าความแตกต่างที่ไม่สมบูรณ์)
จากจำนวนงานทั้งหมดที่ดำเนินการโดยระบบโวลุ่ม Y สามารถแยกแยะงานของไอโซเทอร์มอลแบบย้อนกลับได้ การขยายตัวภายใต้การกระทำของ Ext. ความดัน p e เท่ากับ p e V และงานประเภทอื่น ๆ ทั้งหมดซึ่งแต่ละงานสามารถแสดงโดยผลคูณของแรงทั่วไปที่กระทำต่อระบบจากสภาพแวดล้อมโดยพิกัดทั่วไป x i ซึ่งเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของแรงทั่วไปที่สอดคล้องกัน สำหรับกระบวนการที่น้อยที่สุด
ป กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ช่วยให้คุณคำนวณค่าสูงสุดได้ งานที่ได้รับเมื่อความร้อนใต้พิภพ การขยายตัวของก๊าซในอุดมคติความร้อนใต้พิภพ การระเหยของของเหลวคงที่ กดดันสร้างกฎหมายอะเดียแบติก การขยายตัวของก๊าซ ฯลฯ กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์เป็นพื้นฐานของอุณหเคมีโดยพิจารณาจากระบบที่ความร้อนถูกดูดซับหรือปล่อยออกมาอันเป็นผลมาจากสารเคมี p-tions การแปลงเฟส หรือการละลาย (การเจือจางของสารละลาย)
หากระบบแลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อมไม่เพียง แต่เป็นพลังงาน แต่ยังรวมถึงการอาเจียนด้วย (ดูระบบเปิด) ให้เปลี่ยน int พลังงานของระบบในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะเริ่มต้นไปสู่สถานะสุดท้ายรวมถึงนอกเหนือจากงาน A และความร้อน Q แล้วสิ่งที่เรียกว่า พลังงานของมวล Z ปริมาณพลังงานที่น้อยที่สุดของมวลในกระบวนการที่น้อยที่สุดถูกกำหนดโดยเคมี ศักยภาพ m k ของแต่ละองค์ประกอบของระบบ:\u003d โดยที่ dN k เป็นการเปลี่ยนแปลงที่น้อยที่สุดในจำนวนโมลของส่วนประกอบ k-th อันเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนกับตัวกลาง
ในกรณีของกึ่งคงที่ กระบวนการเมื่อระบบในแต่ละช่วงเวลาอยู่ในสภาวะสมดุลกับสิ่งแวดล้อมกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์โดยทั่วไปจะมีร่องรอย เสื่อ. นิพจน์:
ที่ไหน p และ m k เท่ากับค่าที่สอดคล้องกันสำหรับ
การเริ่มต้นครั้งแรกของเทอร์โมไดนามิกส์และแอพพลิเคชั่น
คำจำกัดความพื้นฐาน
อุณหพลศาสตร์เคมีใช้บทบัญญัติและกฎหมายของอุณหพลศาสตร์ทั่วไปในการศึกษาปรากฏการณ์ทางเคมี เพื่อให้ได้มาซึ่งกฎของอุณหพลศาสตร์เคมีคุณจำเป็นต้องทราบสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของระบบตลอดจนสภาวะภายนอกที่กระบวนการเกิดขึ้น (อุณหภูมิความดัน ฯลฯ ) อุณหพลศาสตร์เคมีไม่อนุญาตให้มีข้อสรุปใด ๆ เกี่ยวกับโครงสร้างภายในของสสารและกลไกของกระบวนการ นี่คือข้อ จำกัด ของวิธีอุณหพลศาสตร์
ในอุณหพลศาสตร์เคมีจะใช้แนวคิดเงื่อนไขและปริมาณเดียวกันกับอุณหพลศาสตร์ทั่วไป
ระบบคือร่างกายที่แยกจากกันหรือกลุ่มของร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์และแยกออกจากสิ่งแวดล้อมอย่างมีเงื่อนไข
ระบบแยกเป็นระบบที่ไม่แลกเปลี่ยนความร้อนและทำงานร่วมกับสิ่งแวดล้อมกล่าวคือพลังงานและปริมาตรคงที่
สถานะของระบบคือชุดของคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่แสดงลักษณะของระบบนี้
สถานะของระบบอุณหพลศาสตร์มีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ ได้แก่ อุณหภูมิความดันปริมาตรความเข้มข้น ฯลฯ
การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในระบบที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอย่างน้อยหนึ่งในพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์เรียกว่ากระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ หากการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายเท่านั้นและไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการพารามิเตอร์ดังกล่าวจะเรียกว่าฟังก์ชันสถานะ
กระบวนการแบบวงกลมหรือวัฏจักรคือกระบวนการที่ระบบอุณหพลศาสตร์หลังจากออกจากสถานะเริ่มต้นและมีการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างจะกลับสู่สถานะเดิม ในกระบวนการนี้การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ใด ๆ ของสถานะจะเท่ากับศูนย์ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการไหลกระบวนการจะแตกต่างกัน: ไอโซบาริก, ไอโซเทอร์มอล, อะเดียแบติก, ไอโซคอริก, ไอโซบาริก - ไอโซเทอร์มอล ฯลฯ
พลังงานภายในความอบอุ่นและการทำงาน กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์
การเคลื่อนไหวเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติของสสาร การเคลื่อนไหวแสดงออกในรูปแบบที่แตกต่างกันในเชิงคุณภาพที่แตกต่างกัน แต่เชื่อมโยงกันและเปลี่ยนเป็นรูปแบบซึ่งกันและกัน หน่วยวัดการเคลื่อนไหวคือพลังงาน ในอุณหพลศาสตร์เคมีแนวคิดเรื่องพลังงานภายในมีความสำคัญอย่างยิ่ง
พลังงานภายในของระบบคือผลรวมของพลังงานศักย์ของการมีปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคทั้งหมดในร่างกายที่มีต่อกันและกันและพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เช่น ในอะตอมพลังงานที่มีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมพลังงานของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลและพลังงานประเภทอื่น ๆ พลังงานภายในคือพลังงานทั้งหมดของระบบลบด้วยพลังงานจลน์ของระบบโดยรวมและพลังงานศักย์ของตำแหน่ง ไม่ทราบค่าสัมบูรณ์ของพลังงานภายในของร่างกาย แต่สำหรับการประยุกต์ใช้อุณหพลศาสตร์เคมีในการศึกษาปรากฏการณ์ทางเคมีสิ่งสำคัญคือต้องทราบเฉพาะการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในระหว่างการเปลี่ยนระบบจากสถานะหนึ่งไปสู่อีกสถานะหนึ่ง
การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดของพลังงานภายในระหว่างการเปลี่ยนจากร่างกายหนึ่งไปสู่อีกร่างหนึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม กลุ่มแรกรวมถึงรูปแบบของการถ่ายโอนพลังงานเนื่องจากการชนกันอย่างวุ่นวายของโมเลกุลของร่างกายที่สัมผัสทั้งสอง การวัดพลังงานที่ถ่ายโอนด้วยวิธีนี้คือความร้อน
กลุ่มที่สองประกอบด้วยการถ่ายเทพลังงานหลายรูปแบบเมื่อเคลื่อนย้ายมวลซึ่งประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมากภายใต้การกระทำของกองกำลังใด ๆ ซึ่งรวมถึงการยกตัวขึ้นในสนามโน้มถ่วงการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าจากที่สูงขึ้นไปยังศักย์ที่ต่ำกว่าการขยายตัวของก๊าซ ฯลฯ การวัดพลังงานทั่วไปที่ถ่ายโอนด้วยวิธีนี้คือการทำงาน
ในหลายกระบวนการการถ่ายเทพลังงานภายในสามารถทำได้บางส่วนในรูปของความร้อนและบางส่วนในรูปแบบของงาน ดังนั้นความร้อนและการทำงานจึงมีลักษณะเฉพาะในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของการถ่ายเทพลังงานสองรูปแบบที่แตกต่างกันจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่ง มีการวัดในหน่วยเดียวกับพลังงาน
งานหรือพลังงานใด ๆ สามารถคิดได้ว่าเป็นผลคูณจากสองปัจจัย: ปัจจัยความเข้มและการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยความสามารถเรียกอีกอย่างว่าปัจจัยส่วนขยาย (ถ้าปัจจัยความเข้มคงที่ในระหว่างกระบวนการ) ตัวอย่างเช่นงานเชิงกลธรรมดาเท่ากับผลคูณของแรงที่ใช้และการเพิ่มขึ้นของเส้นทาง หากระบบสองระบบสามารถโต้ตอบกันได้ก็จะรวมกันเป็นระบบเดียวกันและปัจจัยด้านความสามารถของระบบใหม่จะเท่ากับผลรวมของปัจจัยด้านความสามารถของชิ้นส่วนที่เป็นส่วนประกอบโดยที่ปัจจัยด้านความเข้มของระบบเดิมทั้งสองเหมือนกัน หากปัจจัยด้านความเข้มของระบบเริ่มต้นไม่เหมือนกันกระบวนการเริ่มต้นในระบบทั่วไปดำเนินการต่อการทำให้เท่ากันของปัจจัยความเข้มโดยการเปลี่ยนปัจจัยความสามารถ ตัวอย่างเช่นความกดดันจะถูกทำให้เท่ากันโดยการเปลี่ยนปริมาณ ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานภายในงานและความร้อนถูกกำหนดขึ้นบนพื้นฐานของกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์คือสมมุติฐานที่เกิดจากประสบการณ์อันยาวนานหลายศตวรรษของมนุษยชาติ กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์มีหลายสูตรซึ่งเทียบเท่ากันและทำตามอีกแบบหนึ่ง หากหนึ่งในนั้นถือเป็นการเริ่มต้นคนอื่น ๆ จะได้รับจากผลที่ตามมา
กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องโดยตรงกับกฎการอนุรักษ์พลังงานและระบุว่าในระบบแยกใด ๆ การจัดหาพลังงานจะคงที่ ดังนั้นจึงเป็นไปตามกฎของความเท่าเทียมกันของพลังงานรูปแบบต่างๆ: พลังงานรูปแบบต่างๆส่งผ่านซึ่งกันและกันในปริมาณที่เท่ากันอย่างเคร่งครัด หลักการแรกสามารถแสดงในรูปแบบนี้ได้เช่นกัน: เครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดเวลาประเภทแรกเป็นไปไม่ได้นั่นคือเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องจักรที่จะให้งานเชิงกลโดยไม่ต้องใช้พลังงานโมเลกุลในปริมาณที่เหมาะสม หรือพลังงานภายในเป็นหน้าที่ของสถานะกล่าวคือการเปลี่ยนแปลงไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ แต่ขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของระบบเท่านั้น
ให้เราพิสูจน์ว่าพลังงานภายในเป็นหน้าที่ของสถานะ ให้เมื่อระบบผ่านจากสถานะแรกไปยังสถานะที่สองตามเส้นทางหนึ่งการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในจะเท่ากับΔUaและไปตามเส้นทางอื่น - ΔUbคือ นั่นคือให้เราสมมติก่อนว่าการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ หากค่าของΔUaและΔUbแตกต่างกันให้แยกระบบและส่งผ่านจากสถานะ 7 ไปยังสถานะ 2 โดยหนึ่งจากนั้นกลับจากสถานะ 2 เป็นสถานะ 1 ในอีกทางหนึ่งจะได้รับหรือสูญเสียพลังงานΔUb-ΔUa- แต่โดยเงื่อนไขที่ระบบถูกแยกออกเช่น นั่นคือมันไม่แลกเปลี่ยนความร้อนและทำงานกับสิ่งแวดล้อมและแหล่งจ่ายพลังงานตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ต้องคงที่ ดังนั้นสมมติฐานนี้ไม่ถูกต้อง การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในระหว่างการเปลี่ยนระบบจากสถานะ 1 เป็นสถานะ 2 ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการนั่นคือพลังงานภายในเป็นหน้าที่ของสถานะ
การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในΔUของระบบอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการแลกเปลี่ยนความร้อน Q และงาน A กับสิ่งแวดล้อม เราตกลงที่จะพิจารณาความร้อนที่ได้รับจากระบบและงานที่ระบบทำเป็นค่าบวก จากกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์เป็นไปตามนั้นความร้อน Q ที่ได้รับจากระบบจากภายนอกจะถูกใช้ไปกับการเพิ่มขึ้นของพลังงานภายในΔUและงาน A ที่ทำโดยระบบนั่นคือ
Q \u003d ΔU + A. (II, 1)
สมการ (II, 1) เป็นสูตรทางคณิตศาสตร์ของกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ ค่าของΔU, Q และ A ในสมการ (II, 1) สามารถมีได้ทั้งค่าบวกและค่าลบขึ้นอยู่กับลักษณะของกระบวนการ ตัวอย่างเช่นหากปริมาณทั้งสามเป็นค่าลบนั่นหมายความว่าความร้อนที่ระบบมอบให้กับสิ่งแวดล้อมภายนอกเท่ากับการสูญเสียพลังงานภายในบวกกับงานที่ระบบได้รับ
ต่างจากพลังงานภายในความร้อน Q และงาน A ไม่ใช่หน้าที่ของสถานะซึ่งขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ ความแตกต่างของพวกเขา
Q- A \u003d ΔU (II, 2)
ไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางกระบวนการ สำหรับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในปริมาณเหล่านี้เรามี
อุณหพลศาสตร์ปฏิกิริยาดูดความร้อน
δQ \u003d dU + δA, (II, 3)
โดยที่ dU คือผลต่างทั้งหมดของพลังงานภายในของระบบ δQ - ปริมาณความร้อนน้อยที่สุด δАเป็นงานจำนวนเล็กน้อยที่ไม่สิ้นสุด
การขยายตัวของก๊าซในอุดมคติทำงานในกระบวนการต่างๆ
สำหรับหลายระบบงานประเภทเดียวคืองานต่อเติม การขยายตัวของก๊าซมักมีความสำคัญในทางปฏิบัติและก๊าซจำนวนมากที่มีแรงดันต่ำเพียงพอและอุณหภูมิค่อนข้างสูงโดยประมาณเป็นไปตามกฎของก๊าซในอุดมคติ ให้เราพิจารณาความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์สำหรับการคำนวณการขยายตัวของก๊าซอุดมคติในกระบวนการต่างๆ เมื่อก๊าซขยายตัวงานจะเสร็จสิ้นซึ่งคำนวณโดยสมการ
หรือในรูปแบบอินทิกรัล
,(11,6)การรวมสมการ (II, 6) เป็นไปได้สำหรับกระบวนการขยายตัวหรือการบีบอัดของก๊าซภายใต้สภาวะที่ใกล้เคียงกับสภาวะสมดุล งานที่ทำในกรณีนี้ยิ่งใหญ่ที่สุดและเรียกว่างานสูงสุด
ในการรวมสมการ (II, 6) คุณจำเป็นต้องทราบความสัมพันธ์ระหว่างความดันและปริมาตรของก๊าซเช่นสมการสถานะของก๊าซ
การพึ่งพาก๊าซในอุดมคตินี้อธิบายได้โดยสมการ Mendeleev - Clapeyron:
โดยที่ n คือจำนวนโมลของก๊าซในอุดมคติ R คือค่าคงที่ของก๊าซสากลเท่ากับ 8.314 J / mol-deg
ให้เราพิจารณานิพจน์สำหรับการทำงานสูงสุดของการขยายตัวของก๊าซอุดมคติในห้ากระบวนการ: ไอโซบาริกไอโซเทอร์มอลอะเดียแบติกไอโซคอริกและไอโซบาริก - ไอโซเทอร์มอล
1. กระบวนการไอโซบาริกดำเนินการที่ความดันคงที่ (p \u003d const) ในกรณีนี้เราได้จากสมการ (II, 6)