Первое начало термодинамики является
частным случаем закона сохранения
энергии – энергия не возникает из ниоткуда и не исчезает бесследно, она лишь превращается из одного вида в другой, причем в строго эквивалентных количествах. Частность первого начала в том, что термодинамика рассматривает
только две формы передачи энергии – теплоту и работу. Математическая форма записи первого начала термодинамики:
δq = dU + δW.
Энергия, полученная (отданная) системой в форме теплоты, равна алгебраической сумме изменения ее внутренней энергии и совершенной ею (над ней) работой.
Единица
энергии – 1 кал = 4,184 Дж. δq = dU + δW. В общем случае
δW = pdV + δW' (где pdV – работа расширения против сил внешнего давления, а δW' – полезная работа), откуда:
δq = dU + pdV + δW'.
Задачи по теме:
- Гремучий газ заключен в цилиндр с поршнем весом 5 кг. После взрыва поршень поднялся на 12 м и выделилось 80 кал энергии в форме теплоты. Определите изменение внутренней энергии.
Решение:
В соответствии с уравнением первого начала термодинамики ΔU = q – W. Работа W = 5·12 = 60 кгс·м = 140,68 кал, откуда ΔU = –80 – 140,68 = –220,68 кал.
Ответ: ΔU = –220,68 кал.
Свинцовый аккумулятор дает электрический ток при разрядке благодаря протекающей в нем реакции:
PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O.
Убыль внутренней энергии в результате этой реакции составляет 87200 кал, а количество энергии в форме теплоты, поглащаемой аккумулятором извне, равно 5430 кал, если рассчитать его на 2 моля образующегося в аккумуляторе сернокислого свинца. Определите совершаемую аккумулятором работу.
Решение:
Согласно первому началу термодинамики q = ΔU + W. Откуда W = q – ΔU = 5430 + 87200 = 92630 кал.
Ответ: W = 92630 кал.