Закон збереження енергії в теплових процесах (перший закон термодинаміки).
Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів.
Адіабатний процес. Необоротність теплових процесів
Спираючись на прецезійні досліди, проведені в середині ХІХ ст., англійський фізик Джоуль та німецький Майєр, і найповніше Гельмгольц, установили закономірність, згідно з якою кількість енергії в природі незмінна, вона лише переходить від одних тіл до інших або перетворюється з одного виду в інший. Це твердження називають законом збереження і перетворення енергії. Цей закон універсальний та застосовний до всіх явищ природи.
Закон збереження енергії, поширений на теплові явища, називають першим законом термодинаміки.
У термодинаміці розглядаються тіла, положення центра мас яких майже не змінюється. Механічна енергія таких тіл залишається незмінною. Змінюватися може лише внутрішня енергія U. Зміна U тіла може відбуватися за рахунок виконання роботи А або теплопередачі. У загальному випадку у разі переходу системи з одного стану в інший U змінюється одночасно як за рахунок виконання роботи, так і за рахунок теплопередачі. Саме для таких загальних випадків і застосовують перший закон термодинаміки:
Зміна ΔU внутрішньої енершії системи під час її переходу з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил A' і кількості теплоти, що передається системі Q:
ΔU = A' + Q.
Якщо система ізольована, робота над нею не виконується (A = 0) і вона не обмінюється теплотою з навколишніми тілами (Q = 0), отже, ΔU = 0.
Якщо врахувати, що A' = - A, то вираз першого закону термодинаміки набуде вигляду
Q = ΔU + A
Отже, кількість теплоти Q, що передається системі, витрачається на зміну її внутрішньої енергії U і на виконання системою роботи над зовнішніми тілами.
Внутрішня енергія змінюється внаслідок виконання роботи і шляхом теплообміну. В кожному стані система має певну внутрішню енергію U. Робота і кількість теплоти не містяться в тілі, а характеризують зміни його U.
Застосуємо перший закон термодинаміки до різних процесів, зокрема до тих, під час перебігу яких одна з фізичних величин залишається незмінною (ізопроцесів).
Якщо термодинамічною системою є ідеальний газ і його об'єм не змінюється, (ізохорний процес), то A' = 0, а зміна внутрішньої енергії дорівнюватиме кількості теплоти:
тербеліс қозғалысы кезіндегі энергияның түрленуі
маятниктің тербелістері тепе-теңдік жағдайынан шығарылған кезде оған берілетін механикалық энергияның бастапқы қорының арқасында мүмкін.
маятник тербелісінде:
- тепе-теңдік жағдайында қ және, демек,
дененің кинетикалық энергиясы барынша жоғары.
- маятниктің әлеуетті энергиясы кинетикалық энергия (қ) нөлге тең болғанда максимальды.
маятниктің тепе-теңдік жағдайынан ең жоғары ығысумен жағдайға қозғалғанда кинетикалық энергия әлеуетті энергияға айналады.
тепе-теңдік жағдайына ең жоғары жылжу жағдайында орын ауыстыру кезінде әлеуетті энергия кинетикалық энергияға ауысады.
егер тербеліс бос болса, яғни үйкеліс болмаса, онда механикалық энергияның сақталу заңы орындалады: кинетикалық және әлеуетті энергия сомасы өзгеріссіз
қалады.
еріксіз тербелістер
сыртқы периодтық күштің әсерінен болатын жүйенің өшпейтін тербелістері еріксіз тербелістер деп аталады.
еріксіз тербеліс тудыратын күш мәжбүрлі немесе ұйытқышты күш деп аталады