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).
Сопротивление R₁₂:
R₁₂ = R₁R₂/(R₁+R₂) = 102 · 83 : 185 ≈ 45,76 (МОм)
Общее сопротивление цепи:
R = R₁₂ + R₃ = 45,76 + 83 = 128,76 (МОм)
Общий ток в цепи:
I = I₁₂ = I₃ = U/R = 97 : (128,76 · 10⁶) ≈ 0,75·10⁻⁶ (A) = 0,75 мкА
Напряжение на R₃:
U₃ = I · R₃ = 0,75 · 10⁻⁶ · 83 · 10⁶ = 62,25 (B)
Напряжение на R₁₂:
U₁₂ = U - U₃ = 97 - 62,25 = 34,75 (В)
Ток через R₁:
I₁ = U₁₂/R₁ = 34,75 : (102 · 10⁶) ≈ 0,34 · 10⁻⁶ (A) = 0,34 мкА
Ток через R₂:
I₂ = I - I₁ = 0,75 - 0,34 = 0,41 (A) = 0,41 мкА
m=200 г=0,2 кг
Q=21 кДж=21000 Дж
c=4200 Дж/кг°С
Δt-?
Q=cmΔt ⇒ Δt=Q/cm=21000/4200*0.2=25°C