первое начало термодинамики

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

один из осн. законов термодинамики; является законом сохранения энергии для систем, в которых существ, значение имеют тепловые процессы (поглощение или выделение тепла). Согласно П. н. т., термодинамич. система (напр., пар в тепловой машине) может совершать работу только за счет своей внутр. энергии или к.-л. внеш. источника энергии. П. н. т. часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из некоторого источника.

П. н. т. вводит представление о внутренней энергии системы как функции состояния. При сообщении системе некоторого количества теплоты Q происходит изменение внутр. энергии системы DU и система совершает работу А:

DU = Q + А.

П. н. т. утверждает, что каждое состояние системы характеризуется определенным значением внутр. энергии U, независимо от того, каким путем приведена система в данное состояние. В отличие от значений U значения A и Q зависят от процесса, приведшего к изменению состояния системы. Если начальное и конечное состояния α и b бесконечно близки (переходы между такими состояниями наз. инфи-нитезимальными процессами), П. н. т. записывается в виде:

Это означает, что бесконечно малое изменение внутр. энергии dU является полным дифференциалом функции состояния, т. е. интеграл не являются дифференц. величинами, т. е. интегралы от этих бесконечно малых величин зависят от выбранного пути перехода между состояниями а и b (иногда их наз. неполными дифференциалами).

Из общего количества работы, производимой системой объема У, можно выделить работу обратимого изотермич. расширения под действием внеш. давления p^e, равную p^eV, и все остальные виды работы, каждый из которых можно представить произведением некоторой обобщенной силы , действующей на систему со стороны окружающей среды, на обобщенную координату x_i , изменяющуюся под воздействием соответствующей обобщенной силы. Для инфинитези-мального процесса

П. н. т. позволяет рассчитать макс. работу, получаемую при изотермич. расширении идеального газа, изотермич. испарении жидкости при пост. давлении, устанавливать законы адиабатич. расширения газов и др. П. н. т. является основой термохимии, рассматривающей системы, в которых теплота поглощается или выделяется в результате хим. реакций, фазовых превращ. или растворения (разбавления растворов).

Если система обменивается со средой не только энергией, но и веществом (см. открытая система), изменение внутр. энергии системы при переходе из начального состояния в конечное включает помимо работы А и теплоты Q еще и т. наз. энергию массы Z. Бесконечно малое количество энергии массы в инфинитезимальном процессе определяется хим. потенциалами m_k каждого из компонентов системы: , где dN_k — бесконечно малое изменение числа молей k-гo компонента в результате обмена со средой.

В случае квазистатич. процесса, при котором система в каждый момент времени находится в равновесии с окружающей средой, П. н. т. в общем виде имеет след. мат. выражение:

где p и m_k равны соответствующим значениям для окружающей среды (индекс е при X_i обычно опускают). Это выражение используется в прикладной термодинамике применительно к системам, в которых производится работа хим., электрич., магн. и т. п. сил.

П. н. т. было сформулировано в сер. 19 в. в результате работ Ю. P. Майера, Дж. Джоуля и Г. Гельмгольца. Вместе со вторым началом термодинамики оно составляет основу классич. термодинамики. В 60-х гг. 20 в. сформулирован фундам. закон устойчивого равновесия систем (Д. Хацо-пулос, Д. Кинан, P. Хейвуд), следствиями которого являются как П. н. т., так и второе начало.

^{Лит.: Кубо Р., Термодинамика, пер. с англ., М., 1970; Гельфер Я. M., История и методология термодинамики и статистической физики, 2 изд., М., 1981; Хейвуд Р., Термодинамика равновесных процессов, пер. с англ., М., 1983; Alberty R. A., Physical chemistry, 7 ed, N. Y., 1987.}

_{Г. П. Гладышев}

Химическая энциклопедия

первое начало термодинамики

Значения в других словарях