Перший закон термодинаміки

(закон збереження енергії для систем, в яких основну роль грають теплові процеси)

Якщо термодинамічній системі надати зовні деяку кількість теплоти і виконати на цією системою роботу зовнішніми силами, то внутрішня енергія цієї системи зміниться на величину , яка чисельно дорівнює:

. (11)

Робота зовнішніх сил над системою дорівнює по величині і протилежна за знаком деякій роботі , яка здійснюється системою проти зовнішніх сил, тобто:

.

З урахуванням цього, рівняння (11) запишемо:

. (12)

Для нескінченно малої зміни стану системи можна записати:

. (13)

Дане рівняння – математичний запис першого початку термодинаміки.

За першим законом термодинаміки: теплота, надана системі витрачається на зміну внутрішньої енергії системи і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил.

Для визначення кругових процесів, коли система набуває ряд змін і повертається у початковий стан (положення):

,

тому перший закон термодинаміки:

.

Це твердження (перший закон термодинаміки) було сформоване Гальм-Гольцем у 1747 році.

Якщо система здійснює круговий процес, то повна кількість теплоти, яка надається системі, дорівнює здійсненій в ній роботі. З рівняння (13) випливає, що у випадку кругових процесів:

Перший початок термодинаміки стверджує: неможливий процес, єдиним результатом якого було б виконання роботи без яких-небудь змін в інших тілах. Іншими словами, неможливий вічний двигун першого роду.

Усі формулювання першого закону термодинаміки виражають закон збереження енергії. У випадку теплового процесу для однорідних тіл, здатних виконувати роботу при зміні об’єму, запишемо:

. (14)

Якщо враховувати рівняння (10), запишемо:

. (15)