отыскать связь меж работой и теплом

Наряду с механической энергией, хоть какое тело (или система) владеет внутренней энергией. Внутренняя энергия энергия покоя. Она складывается из термического хаотического движения молекул, сочиняющих тело, потенциальной энергии их взаимного расположения, кинетической и возможной энергии электронов в атомах, нуклонов в ядрах и так дальше.


В термодинамике важно знать не безусловное значение внутренней энергии, а её изменение.

В термодинамических процессах меняется только кинетическая энергия движущихся молекул (термический энергии недостаточно, чтобы поменять строение атома, а тем более ядра). Как следует, практически под внутренней энергией в термодинамике предполагают энергию термического хаотического движения молекул.

Внутренняя энергия U 1-го моля идеального газа одинакова:

или

Таким образом, внутренняя энергия зависит только от температуры. Внутренняя энергия U является функцией состояния системы, самостоятельно от предыстории.

Понятно, что в общем случае термодинамическая система может владеть как внутренней, так и механической энергией, и различные системы могут обмениваться этими видами энергии.

Размен механической энергией характеризуется абсолютной работой А, а размен внутренней энергией количеством переданного тепла Q.

К примеру, зимой вы бросили в снег жаркий камень. За счёт запаса потенциальной энергии совершена механическая работа по смятию снега, а за счёт припаса внутренней энергии снег был растоплен. Если же камень был прохладный, т.е. температура камня одинакова температуре среды, то будет совершена только работа, но не будет размена внутренней энергией.


Итак, работа и теплота не есть особые формы энергии. Нельзя сказать о припасе теплоты либо работы. Это мера переданной другой системе механической либо внутренней энергии. Вот о припасе этих энергий можно сказать. Не считая того, механическая энергия может переходить в термическую энергию и обратно. К примеру, если стучать молотком по наковальне, то через некое время молоток и наковальня нагреются (это пример диссипации энергии).

Можно привести ещё массу примеров превращения одной формы энергии в другую.

Опыт показывает, что во всех случаях, превращение механической энергии в термическую и назад совершается всегда в требовательно эквивалентных количествах. В этом и состоит суть первого начала термодинамики, последующего из закона сохранения энергии.

Количество теплоты, сообщаемой телу, идёт на увеличение внутренней энергии и на совершение телом работы:

, (4.1.1)
это и есть первое начало термодинамики, либо закон сохранения энергии в термодинамике.
Управляло символов: если тепло передаётся от окружающей среды данной системе, и если система производит работу над окружающими телами, при этом . Беря во внимание верховодило знаков, первое начало термодинамики можно записать в виде:

,
изменение внутренней энергии тела равно разности извещаемой телу теплоты и произведённой телом работы.
Выражение (4.1.1) для малого конфигурации состояния системы будет иметь вид:

(4.1.2)
В этом выражении U функция состояния системы; dU её полный дифференциал, а Q и А такими не являются. В каждом состоянии система владеет определенным и только таким значением внутренней энергии, поэтому можно записать:
,
Главно отметить, что теплота Q и работа А зависят от того, каким образом совершен переход из состояния 1 в состояние 2 (изохорически, адиабатически и т.д.), а внутренняя энергия U не зависит. При этом нельзя сказать, что система обладает определенным для данного состояния значением теплоты и работы.
Из формулы (4.1.2) следует, что количество теплоты выражается в тех же единицах, что работа и энергия, т.е. в джоулях (Дж).

Особенное значение в термодинамике имеют радиальные либо циклические процессы, при которых система, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное. На рисунке 4.1 изображен повторяющийся процесс 1а2б1, при этом была совершена работа А.


Рис. 4.1

Так как U функция состояния, то
(4.1.3)
Это правосудно для хоть какой функции состояния.
Если то сообразно первому началу термодинамики , т.е. нельзя выстроить временами действующий двигатель, который совершал бы бльшую работу, чем количество сообщенной ему извне энергии. Иными словами, постоянный движок первого рода невероятен. Это одна из формулировок первого начала термодинамики.

Следует отметить, что 1-ое начало термодинамики не показывает, в каком направлении идут процессы конфигурации состояния, что является одним из его изъянов.

Работа, как и теплота связаны с процессом и является свойством системы, т.е. функцией состояния. Работа и тепло - эквивалентны