Термодинамиканың бірінші заңы. Ішкі энергия, жылу және жұмыс.
Термодинамиканың бірінші заңы – энергия жоқтан пайда болмайды және жоғалмайды, тек бір түрден екінші түрге эквивалентті өзгеріп отырады, оқшауланған жүйелерде энергия қоры тұрақты, сырттан энергия алмаған машина жұмыс атқара алмайды.
Егер жуйеге жылу (Q) берілсе, онда жылу ішкі энергияның өзгеруіне (ДельтаU) және газды ұлғайту үшін жасалатын жүмыска (А) жүмсалады: Q = U+A немесе. Q = U + pV Газдын ұлғаюынан жүмыс жүйе көлемінін өзгерісіне және баскада келемнің өзгерісіне жүмсалуы мүмкін. Осы химияльк өзгерістер нәтижесінде алынатын жумысты пайдалы жумыс деп атайды.
Iшкi энергиянын өзгерісі берілген жылу мене атқарылған жұмыстың нәтижесінде жузеге асырылады: dU=ᵟQ - ᵟA Iшкі энергия жағдайдың функциясы болып табылады, ал жүйеге берілген жылу Q, атқарылған жумыс А болғандықтан жүйенің функциясына жатпайды. Жүйе атқаратын жумысты (ұлғаю жүмысы) оң ал сырткы күштер әсерінен жүйе жасайтын жұмысты (сығу жумысы) теpіс деп есептейді: Q- дельтаU-A.
Термодинамиканыі бірінші заңын идеалды газдарға қолдану(изохоралық, изобаралық, изотермилық процестер)
1. Изохоралык үдеріс. Бул үдерісте жуйе көлемі тұрақты болады, V=соnst, dV-0. Cонда, карапайым ұлғаю жұмысы тең:ᵟA=pdV=0. Бұл жағдайда 1-тендеу мына куйге енеді: ᵟQv=dU(11) жане Qv =U2-U1=dU (12) Демек, V=сonst кезде жүйеге келтірілген барлық жылу онын iшкі энергиясын арттыруга жұмсалады.
2. Изобаралык үдеріс. Бұл удерісте р-сonst: pdV = d(pV) (13). dQp=dU+d(pV)=d(U+pV)=dH (14) Qp = H2-Н1=dH (15)
H-U+PV күй функциясы болгандықтан, р-соnst жағдайда Qp да күй функциясы қасиетіне ие болады, яғни, тұрақты қысым жагдайында жуйеге берілген жылу ішкі энергияны aрттырумен катар, кандай да бір сырткы қысымға карсы ұлгаю жумысын жасайды: p=const (16)
тепе-тендік изобаралы үдеріс үшін.
3. Изотермалык үдеріс. Т=const жағдайда бір денеден екіншісіне жылудың берілуі тепе-тендік үдеріс ретінде саналады. Идеал газ үшін, жане теменгі кысымдағы реал газ үшін шкі энергия тек температураның функциясы больш саналады. Осыдан, изотермалық үдерістерде U =const,ᵟQт- ᵟA=pdV (17) және Qт =А (18) Демек, изотериялык үдерістегі жүйеге берілген жылу толығымен ұлғаю жұмысына айналады. 1 моль идеал газ ушін Менделеев-Клапейрон тендеуін жазалык: P = RT /V (19) Мұны 17-теңдеуге койып, онан сон интегралдап, 1 моль идеал газ үшін изотермалык ұлғаю жұмысының шамасын аламыз: A = RTln(V2/V1) = RTln(P1/P2)
