Внутренняя энергия. Работа и теплота. Первое начало термодинамики.

Внуìтренняя энеìргия тела (обозначается как U) — полная энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Следовательно, внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.

Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Согласно закону Джоуля, выведенному эмпирически, внутренняя энергия идеального газа не зависит от давления или объёма. Исходя из этого факта, можно получить выражение для изменения внутренней энергии внутреннего газа. По определению молярной теплоёмкости, . Так как внутренняя энергия является функцией от температуры, то

Если пренебречь изменением молярной теплоёмкости при изменении температуры, получим:

ΔU = νC_vΔT,

где ν — количество вещества, C_v — молярная теплоёмкость при постоянном давлении, ΔT — изменение температуры.

Колиìчество теплотыì — мера энергии, переходящей от одного тела к другому в данном процессе. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин.

Количество теплоты является функцией процесса, а не функцией состояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние.

Элементарная работа термодинамической системы над внешней средой может быть вычислена так:

· ,

где — нормаль элементарной (бесконечно малой) площадки, P — давление и dV — бесконечно малое приращение объёма.

Работа в термодинамическом процессе , таким образом, выражается так:

· .

Величина работы зависит от пути, по которому термодинамическая система переходит из состояния 1 в состояние 2, и не является функцией состояния системы, а называется функцией процесса.