Объяснение первого закона термодинамики | Глава 2 – Термодинамика материалов (7-я)

Last Minute Lecture — это студенческий проект, который в настоящее время полностью финансируется студентами, считающими, что образовательные ресурсы должны оставаться бесплатными и доступными. Если Last Minute Lecture помог вам в учебе, пожалуйста, рассмотрите возможность поддержки проекта. ❤️ https://lastminutelecture.com/support/ Все главы теперь доступны бесплатно на нашей новой платформе: https://lastminutelecture.com 📚 Эта глава представляет собой строгое введение в Первый закон термодинамики, расширяя общий закон сохранения энергии путем установления ключевой термодинамической переменной состояния, известной как внутренняя энергия (U), иногда называемая термодинамическим потенциалом. Закон постулирует, что энергия может преобразовываться между формами, и вводит понятие о том, что передача тепловой энергии, или тепла (q), является свойством энергии, отличным от энергии, передаваемой в виде работы (w). Исторически эта взаимосвязь была количественно определена в новаторских экспериментах графа Рамфорда и Джеймса Прескотта Джоуля, которые определили механический эквивалент тепла и установили калорию в качестве стандартной единицы тепловой энергии. Фундаментальный принцип Первого закона термодинамики заключается в том, что, хотя передача тепла и работы являются зависящими от пути процессами, происходящими в системе или над ней, результирующее изменение внутренней энергии (U) не зависит от пути, то есть зависит только от начального и конечного состояний. Первый закон термодинамики суммируется соотношением, согласно которому изменение внутренней энергии системы равно количеству тепла, поглощенного системой, за вычетом работы, совершенной системой. Для анализа конкретных процессов в тексте рассматриваются такие пути, как изохорические процессы при постоянном объеме, где работа равна нулю, то есть изменение внутренней энергии равно количеству тепла, поглощенного при постоянном объеме. Для изобарических процессов при постоянном давлении вторая важная функция состояния, энтальпия (H), определяется как U плюс произведение давления и объема. Изменение энтальпии равно количеству тепла, поглощенного при постоянном давлении, и поскольку энтальпия также является функцией состояния, ее изменение не зависит от пути процесса, что является фундаментальным принципом закона Гесса о постоянном суммировании тепла. В этой главе теплоемкость (C) определяется как отношение изменения тепловой энергии к изменению температуры, при этом отмечается, что она должна быть указана либо при постоянном объеме (Cv), либо при постоянном давлении (Cp). Для идеального газа как внутренняя энергия, так и энтальпия являются исключительно функциями температуры, а разница между молярными теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме равна газовой постоянной R. В обратимом изотермическом процессе для идеального газа изменение U равно нулю, что означает, что совершенная работа равна поглощенному теплу (w равно q). Напротив, обратимый адиабатический процесс определяется нулевой теплопередачей (q равно 0), а путь изменения состояния описывается соотношением, согласно которому произведение давления на объем в степени гамма (отношение Cp к Cv) равно константе. Член, описывающий работу, обобщается за пределы простой работы давления-объема и включает такие формы, как магнитная работа над парамагнитными материалами, электрическая работа над диэлектрическими материалами и поверхностная работа, необходимая для создания новой площади поверхности. Принятая на протяжении всего текста система знаков присваивает положительное значение работе, совершаемой системой, и положительное значение поглощенному системой теплу. Спасибо, что вы являетесь частью нашей небольшой семьи Last Minute Lecture! ⚠️ Дисклеймер: Эти краткие изложения созданы исключительно в образовательных и развлекательных целях. Они содержат пояснения и перефразированные обзоры, помогающие студентам понять ключевые идеи из упомянутых учебников. Last Minute Lecture не связан, не спонсируется и не поддерживается каким-либо издателем или автором учебников. Все названия учебников, имена и изображения обложек — если они показаны — используются в рамках добросовестного использования исключительно для идентификации обсуждаемого произведения. Некоторые части текста и повествования созданы с помощью инструментов искусственного интеллекта для повышения доступности и согласованности. Несмотря на все усилия по обеспечению точности, эти материалы предназначены для дополнения, а не замены официальных материалов курса, лекций или профессиональных учебных пособий. Всегда обращайтесь к оригинальному учебнику и методическим пособиям для преподавателей за полной и достоверной информацией.