Для описания этих изменений вводят функцию состояния - внутреннюю энергию U и две функции перехода - теплоту Q и работу A. Математическая формулировка первого закона:
dU = Q - A (дифференциальная форма) (2.1)
U = Q - A (интегральная форма) (2.2)
Буква в уравнении (2.1) отражает тот факт, что Q и A - функции перехода и их бесконечно малое изменение не является полным дифференциалом.
В уравнениях (2.1) и (2.2) знаки теплоты и работы выбраны следующим образом. Теплота считается положительной, если она передается системе. Напротив, работа считается положительной, если она совершается системой над окружающей средой.
Существуют разные виды работы: механическая, электрическая, магнитная, поверхностная и др. Бесконечно малую работу любого вида можно представить как произведение обобщенной силы на приращение обобщенной координаты, например:
Aмех = p. dV; Aэл = . dе; Aпов = . dW (2.3)
( - электрический потенциал, e - заряд, - поверхностное натяжение, W - площадь поверхности). С учетом (2.3), дифференциальное выражение первого закона можно представить в виде:
dU = Q - p. dV Aнемех (2.4)
В дальнейшем изложении немеханическими видами работы мы будем, по умолчанию, пренебрегать.
Механическую работу, производимую при расширении против внешнего давления pex, рассчитывают по формуле:
A = (2.5)
Если процесс расширения обратим, то внешнее давление отличается от давления системы (например, газа) на бесконечно малую величину: pex = pin - dp и в формулу (2.5) можно подставлять давление самой системы, которое определяется по уравнению состояния.
Проще всего рассчитывать работу, совершаемую идеальным газом, для которого известно уравнение состояния p = nRT / V (табл. 1).
r25=R2+R5= 8+8=16 Ом
r254=r25*R4/(r25+R4)=16*15/(16+15)=7.742 Ом
Общее сопротивление
Rob=R1+R3+r254=15+20+7.742=42.742 Ом
Общий ток
I=I1=I3=U/Rob=250/42.742=5.849 A
U1=I*R1=5.849*15=87.736 V
U3=I*R3=5.849* 20=116.981 V
U4=U-U1-U3=250-87.736 - 116.981=45.283 V
I4=U4/R4=45.283/15=3 A
I2=I5=I-I4=5.849-3=2.849 A
U2=U5=I2*R2=2.849*8=22.792 V
Мощности
P1=U1*I1=87.736*5.849=513.168 Bt
P2=P5=U2*I2=22.792*2.849=63.934 Bt
P3=U3*I3=116.981*5.849=684.222 Bt
P4=U4*I4=45.283*3=135.849 Bt
P=U*I=250*5.849=1462 Bt
p=P1+P2+P3+P4+P5=513.168+63.934+684.222+135.849+63.934=1462 Bt
1462 Bt=1462 Bt
