2.3. Перший закон термодинаміки.

Перший закон термодинаміки є основою термодинамічної теорії і має величезне прикладне значення при дослідженні термодинамічних процесів. Цей закон є законом збереження і перетворення енергії:

¦"Енергія не зникає і не виникає знову, вона лише переходить ¦із одного виду в іншій у різних фізичних процесах". Для термодинамічних процесів закон установлює взаємозв'язок між теплотою, роботою і зміною внутрішньої термодинамічної системи:

¦"Теплота, підведена до системи, витрачається на зміну енергії ¦системи і здійснення роботи".

Рівняння першого закону термодинаміки має такий вигляд:

Q = (U₂ – U₁) + L , (2.1)

де Q - кількості теплоти підведена (відведена) до системи; L - робота, зроблена системою (над системою); (U₂ – U₁) - зміна внутрішньої енергії в даному процесі. Якщо: Q > 0 – теплота підводиться до системи; Q < 0 – теплота приділяється від системи; L > 0 - робота відбувається системою; L < 0 – робота відбувається над системою. Для одиниці маси речовини рівняння першого закону термодинаміки має вигляд:

q = Q /m = (u₂ – u₁) + l . (2.2)

Надалі усі формули і рівняння будуть дані в основному для одиниці маси речовини.

1-й закон термодинаміки указує, що для одержання корисної роботи (L) у безупинно діючому тепловому двигуні треба підводити (затрачати) теплоту (Q)і

¦"Двигун, постійно виконуючий роботу і не споживаючий ¦іншої енергії називається вічним двигуном I роду."

З цього можна висловити наступне визначення 1-го закону термодинаміки: ¦" Вічний двигун першого роду неможливий".

2.4. Теплоємність газу.

Теплоємність робочого тіла визначається відношенням кількості підведеної (відведеної) до робочого тіла теплоти в даному термодинамічному процесі до викликаного цим змінам температури тіла.

С = Q / T , [Дж /К] ; (2.3)

Теплоємність залежить від зовнішніх умов або характеру процесу, при якому відбувається підведення або відведення теплоти. Розрізняють наступні питомі теплоємності:

масову – с = С / m , [Дж/кг] (2.4) молярну - с_μ = С / ν , [Дж/моль] , (2.5)

де ν - кількості речовини [моль] ; об'ємну - с^/ = С / V = з·ρ , [Дж/м³] , (2.6)

де - ρ = m / V - густина речовини. Зв'язок між цими теплоємкостями:

с = с^/ · υ = с_μ / μ ,

де - υ = V/m - питомий об’єм речовини, [м³/кг]; μ = m /ν – молярна (молекулярна) маса, [кг/моль].

Теплоємність газів у великому ступені залежить від тих умов, при яких відбувається процес їхнього нагрівання або охолодження. Розрізняють теплоємності при постійному тиску (ізобарний) і при постійному обсязі (ізохорний).

У такий спосіб розрізняють наступні питомі теплоємності: с_р , с_v – масові ізобарні й ізохорні теплоємності; с_pμ , с_vμ – молярні ізобарні й ізохорні теплоємності; с^/_p , с^/_v – об'ємні ізобарні й ізохорні теплоємності. Між ізобарними й ізохорними теплоємкостями існує наступна залежність:

с_р - с_v = R - рівняння Майера; (2.7) с_pμ - с_vμ = R_μ . (2.8)

Теплоємність залежить від температури, що даються в довідкових літературах у виді таблиці як середні теплоємності в інтервалі температур від 0 до t_х. Для визначення середньої теплоємності в інтервалі температур від t₁ до t₂ можна використовувати наступну формулу:

с|^t2_t1 = (с|^t2₀ t₂ - с|^t1₀ t₁) / (t₂ - t₁) . (2.9)