Перший початок термодинаміки – доповідь

Активний розвиток термодинаміки почалося в дев’ятнадцятому столітті. Саме тоді люди почали будувати перші парові машини, а потім активно впроваджувати їх у виробництво.

Почалася промислова революція, і, природно, всім хотілося збільшити коефіцієнт корисної дії машин, щоб виробити більше продукції, доїхати подалі і в кінці-кінців отримати більше грошей. Все це дуже добре стимулювало розвиток науки і навпаки. Але давайте ближче до суті питання.

Термодинаміка – розділ фізики, що вивчає макроскопічні системи, їх найбільш загальні властивості, способи передачі і перетворення енергії в таких системах.

Що таке макроскопічні системи? Це системи, що складаються з дуже великого числа частинок. Наприклад, балон з газом або повітряна куля. Опис таких систем методами класичної механіки просто неможливо – адже ми не можемо виміряти швидкість, енергію і інші параметри кожної молекули газу в окремо. Проте, поведінка всієї сукупності частинок підпорядковується статистичним закономірностям. По суті будь-який видимий нами (неозброєним оком) предмет може бути визначений як термодинамічна система.

Термодинамічна система – реально чи подумки виділяється макроскопічна фізична система, що складається з великого числа частинок, що не вимагає для свого опису залучення мікроскопічних характеристик окремих частинок. Відповідно, для опису термодинамічної системи використовуються макроскопічні параметри, які не відносяться до кожній частинці, але описують систему цілком. Це температура, тиск, об’єм, маса системи і ін.

Важливо відзначити, що термодинамічні системи можуть бути замкнутими і незамкненими. Замкнута система – це така система, яку за допомогою реальної чи уявної оболонки захистили від навколишнього середовища, при цьому кількість частинок в системі залишається постійним.

Система може знаходиться в різних станах. Наприклад, ми взяли балон з газом і почали його нагрівати. Тим самим ми змінили енергію молекул газу, вони стали рухатися швидше, і система перейшла в якийсь новий стан з більш високою температурою. Але що буде, якщо систему залишити в спокої? Тоді система через якийсь час прийде в стан термодинамічної рівноваги.

Що це означає?

Термодинамічна рівновага – це стан системи, в якому її макроскопічні параметри (температура, об’єм і ін.) Залишаються незмінними з плином часу.

Термодинаміка стоїть на трьох своїх стовпах. Існують три основні постулати або три закони термодинаміки. Вони називаються відповідно першим, другим і третім началами термодинаміки. Розглянемо перший початок або перший закон термодинаміки.

Перший початок термодинаміки

Перший закон термодинаміки говорить:

У будь-якій ізольованій системі запас енергії залишається постійним.

До слова, у даного постулату є ще кілька еквівалентних формулювань. Наведемо їх нижче:

Кількість теплоти, отримане системою, йде на зміну внутрішньої енергії системи, а також на вчинення роботи проти зовнішніх сил.

Неможливий вічний двигун першого роду (двигун, що здійснює роботу без витрати енергії).

Запишемо також математичний вираз першого закону термодинаміки:

Тут Q – кількість теплоти, дельта U – зміна внутрішньої енергії, A – робота проти зовнішніх сил. Для різних термодинамічних процесів в силу їх особливостей запис першого початку буде виглядати по-різному.

Чому неможливий вічний двигун першого роду?

Людей здавна приваблювала її величність Халява. Філософський камінь, що перетворює будь-який метал на золото, скатертину самобранка, з якої не потрібно готувати, джин, виконуючий будь-які бажання. Ще однією такою ідеєю була ідея вічного двигуна.

Якщо ніхто не намагався знайти скатертину-самобранку, то вічний двигун намагалися винайти дуже багато раз. Протягом століть різні люди запитували себе: як побудувати вічний двигун? Згідно з історичними записами першим таку спробу зробив в дванадцятому столітті якийсь індійський вчений. Потім було ще безліч спроб, в тому числі щільно займався питанням і Леонардо да Вінчі. Нарешті, в дев’ятнадцятому столітті світлі голови Германа Гельмгольца і Джеймса Джоуля сформулювали перший початок динаміки і підтвердили його дослідами, ніж розвіяли всі сумніви.

Вічний двигун неможливий, тому що так влаштований світ. Про це говорять нам закони термодинаміки. Відповідно до першого початку термодинаміки, кількість теплоти, отримане системою, йде на зміну внутрішньої енергії системи, а також на вчинення роботи проти зовнішніх сил. Наприклад, газ, поміщений в циліндр з поршнем, отримуючи певну кількість теплоти, збільшує свою внутрішню енергію, молекули рухаються швидше, газ займає більший

Посилання на основну публікацію