Теля первого рода

- закон сохранения энергии для термодинамич. системы, согласно к-рому работа может совершаться только за счёт теплоты или к--л. др. формы энергии. Поэтому работу и кол-во теплоты можно измерять в одних единицах - Джоулях (1 Дж = 0,239 кал = 0,102 кгс/м). П. н. т. сформулировано как закон природы Ю. Р. Майером (J. R. Мауег) в 1842 и установлено экспериментально Дж. Джоулем (J. Joule) в 1843. П. н. т. можно формулировать как невозможность существования вечного двигателя 1-го рода, к-рый совершал бы работу, не черпая энергию из к--л. источника.
Согласно П. н. т., теплота Q, сообщаемая системе, равна сумме приращения внутр. энергииU и работы, производимой системой против внеш. сил:

Q = U₂-U₁ + A; при бесконечно малом изменении состояния системы:

где - бесконечно малое кол-во теплоты, передаваемой системе, - работа, совершаемая системой против внеш. сил, dU - изменение её внутр. энергии.
Ур-ние (1) является определением величины dU, т. к. и - независимо измеряемые величины. П. н. т. утверждает, что dU есть полный дифференциал нек-рой ф-ции U (величины и , вообще говоря, не являются полными дифференциалами). Т. о., любая термодинамич. система обладает ф-цией состояния - энергией U, зависящей лишь от параметров, определяющих равновесное состояние системы, и не зависящей от процесса, к-рым система была приведена в это состояние. Передаваемое тепло Q и работа А зависят от пути, по к-рому совершается процесс, т. к. величины и не есть полные дифференциалы. В системах, обменивающихся со средой веществом и энергией, в П. н. т. следует учитывать энергию Z, передаваемую при переносе массы: Q = U₂ - U₁ + А + Z.
Энергию U можно экспериментально определить, измеряя работу, совершаемую адиабатически замкнутой термодинамич. системой (т. е. приQ = 0), тогда А_ад= U₂ - U₁, что определяет U с точностью до аддитивной постоянной. Работу А можно определить по изменениям параметров системы. Напр., при бесконечно малом расширении однородной системы (жидкости или газа) при давлении Р её работа = PdV и, следовательно, Ур-ние (1) в этом случае имеет вид
В общем случае, если система характеризуется п экстенсивными параметрами a_l, ..., а_пи обобщёнными силами Х₁, ..., Х_п, элементарная работа

П. н. т. можно формулировать также с помощью энтальпии Н = U + PV, т. к.

Такая форма удобна для применения П. н. т. к стационарным процессам (см. Джоуля - Томсчна эффект). П. н. т. имеет многочисленные приложения, особенно эффективные при использовании также и второго начала термодинамики. Следствием П. н. т. является формула Майера для разности между теплоёмкостью при постоянном давлении и при постоянном объёме:

Ср - С_V = [Р + (dU/dV)_T](dV/dT)_P,

эта величина означает кол-во тепла, перешедшее в работу.
В феноменологич. термодинамике внутр. энергию U = U(V,T)рассматривают как экспериментально измеряемую ф-цию (калорическое уравнение состояния). Статистич. физика позволяет теоретически рассчитать ур-ние состояния исходя из законов взаимодействия между молекулами и вывести соотношение (2). При этом одновременно получается статистич. обоснование как П. н. т., так и 2-го начала термодинамики.

Вечный двигатель первого рода.Вечный двигатель, перпетуум-мобиле (латинское perpetuum mobile переводится вечное движение) — воображаемая машина, которая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне. Возможность работы такой машины неограниченное время означала бы получение энергии из ничего.
Идея вечного двигателя возникла в Европе, по-видимому, в XIII веке (хотя существуют свидетельства, что первый проект вечного двигателя предложил индиец Бхаскара в XII веке). До этого проекты вечных двигателей неизвестны. Их не было у греков и римлян, которые разработали множество эффективных механизмов и заложили основы научных подходов к изучению природы. Ученые предполагают, что дешевая и практически неограниченная рабочая сила в виде рабов тормозила в античности разработку дешевых источников энергии.
Почему люди так упорно хотели построить вечный двигатель?
В этом нет ничего удивительного. В XII-XIII веке начались крестовые походы и европейское общество пришло в движение. Стало быстрее развиваться ремесло и совершенствоваться машины, приводящие в движение механизмы. В основном это были водяные колеса и колеса, приводимые в движение животными (лошадьми, мулами, быками, ходившими по кругу). Вот и возникла идея придумать эффективную машину, приводимую в движение более дешевой энергией. Если энергия берется из ничего, то она ничего не стоит и это крайний частный случай дешевизны — даром.
Еще популярнее идея вечного двигателя стала в XVI-XVII веках, в эпоху перехода к машинному производству. Число известных проектов вечного двигателя перевалило за тысячу. Создать вечный двигатель мечтали не только малообразованные ремесленники, но и некоторые крупные ученые своего времени, так как тогда не существовало принципиального научного запрета на создание такого устройства.
Уже в XV-XVII веке прозорливые естествоиспытатели, такие как Леонардо да Винчи, Джироламо Кардано, Симон Стевин, Галилео Галилей сформулировали принцип: «Создать вечный двигатель невозможно». Симон Стевин был первым, кто на основе этого принципа вывел закон равновесия сил на наклонной плоскости, что привело его в конце концов к открытию закона сложения сил по правилу треугольника (сложение векторов).
К середине XVIII века, после многовековых попыток создать вечный двигатель, большинство ученых стали считать, что сделать это невозможно. Это был просто экспериментальный факт.
С 1775 года Французская академия наук отказалась рассматривать проекты вечного двигателя, хотя и в это время у французских академиков не было твердых научных оснований принципиально отрицать возможность черпать энергию из ничего.
Невозможность получения дополнительной работы из ничего была твердо обоснована лишь с созданием и утверждением как всеобщего и одного из самых фундаментальных законов природы «закона сохранения энергии».
Сначала Готфрид Лейбниц в 1686 году сформулировал закон сохранения механической энергии. А закон сохранения энергии как всеобщий закон природы сформулировали независимо Юлиус Майер (1845), Джеймс Джоуль (1843–50) и Герман Гельмгольц (1847).
Врач Майер и физиолог Гельмгольц сделали последний важный шаг. Они установили, что закон сохранения энергии справедлив для животных и растений. До этого существовало понятие «живая сила» и считалось, что для животных и растений законы физики могут не выполняться. Таким образом, закон сохранения энергии был первым принципом, установленным для всей познанной Вселенной.
Последним штрихом в обобщении закона сохранения энергии стала специальная теория относительности Альберта Эйнштейна (1905 г.). Он показал, что закон сохранения массы (был такой закон) — часть закона сохранения энергии. Энергия и масса эквивалентны по формуле Е = mс2, где с — скорость света.