Законы показывают переходы теплоты в работу. Изобретение паровых машин подтолкнуло развитие термодинамики. В 1848 году Джоуль впервые рассчитал эквивалент теплоты и работы 1 кал=4,187 Дж.

Термодинамическая система – это система, состоящая из большого числа частиц, взаимодействующих между собой. Термодинамические системы могут быть:

· Изолированными (замкнутыми) – это те системы, которые не сообщаются с окружающей средой ни работой, ни теплом, ни веществом, ни информацией. Другое название – равновесные.

· Открытые – сообщающиеся с окружающей средой. Открытые системы не изучаются классической термодинамикой.

Для замкнутых систем можно было применить наиболее простые расчётные уравнения, которые в некотором приближении подходили к описанию работы двигателей и тепловых машин. Параметры термодинамической системы: объем(V), работа(A), давление(P), температура(T), теплота(Q), внутренняя энергия тела(U).

Т является производной от энергии. Запас энергии всегда положителен, так как нельзя прекратить тепловое движение молекул, даже при Т=0 К остаются колебательные и вращательные движения.

Q – одна из форм энергии, определенное количество энергии, получаемое или передаваемое системой.

А определяется силой действия на систему. А=F·S, A=PΔV.

U включает в себя запас энергии атомов, молекул, электронов…

U=Uпоступ движ молек+Uядер+Ue+…

Без учёта Ек и Еп системы в целом!

Классическая термодинамика описывается тремя законами:

1. Закон сохранения и превращения энергии.

Q=ΔU+A, где ΔU – изменение внутренней энергии.

Количество теплоты, сообщенное телу, идет на увеличение его внутренней энергии и совершение телом работы.

Q=ΔU+PΔV.

1. Невозможно получить работу без затрат энергии, то есть, невозможен вечный двигатель первого рода. Универсальный закон природы, справедливый для живых и неживых объектов.

1 кг жира ® 38,9 кДж

1 кг углеводов ® 17,5 кДж

1 кг белков ® 17,5 кДж

Применение первого закона к изопроцессам.

1. Изохорный, V=const. A=0, Q= ΔU
2. Изобарный, P=const. Q=ΔU+PΔV
3. Изотермический, T=const. ΔU=0, Q=A.
4. Адиабатный (протекающие без теплообмена), чаще всего – это быстротекущие процессы. Q=const. A=-ΔU

Теплоёмкость - это количество теплоты, сообщенное телу и изменяющее при этом температуру тела на 1°С . Второй закон термодинамики рассматривает возможность и направление наблюдаемого процесса. Все самопроизвольные процессы идут в направлении выравнивания системы, и они всегда приводят к состоянию равновесия. Несамопроизвольный процесс идет только при воздействии извне.

Это реальный необратимый процесс.

Обратимый процесс – это когда при его завершении (возврате в исходное состояние) система самопроизвольно возвращается к этому состоянию без каких-либо потерь. Это гипотетический цикл. К обратимому циклу можно приблизиться, если сделать процесс бесконечно медленным. Все обратимые процессы равновесны. На основании обратимого цикла С. Карно в 1827 году разработал так называемый цикл Карно – цикл работающей тепловой машины. Рабочее тело в цикле Карно – идеальный газ, и при работе такого цикла в машине нет потерь на трение, лучеиспускание и т.п. Тепловая машина, или тепловой двигатель, - это такое устройство, которое превращает внутреннюю энергию топлива в механическую.

Рабочее тело (газ, пар) при расширении совершает работу, при этом получает от нагревателя теплоту Q1. Далее сжимается, при сжатии рабочее тело передаёт холодильнику теплоту Q2. (Q1<Q2, T2<T1).

1-2 – изотермическое расширение газа с температурой T1. При этом газ получает от нагревателя Q1.

2-3 – дальнейшее расширение идеального газа с понижением температуры (адиабатное расширение).

В первых двух процессах совершается работа А.

3-4 – изотермическое сжатие.

4-1 – адиабатное сжатие газа с повышением температуры с T2 до Т1.

Цикл Карно – это обратимый процесс, идущий бесконечно медленно. По циклу Карно считают максимальный КПД (Коэффициент Полезного Действия).

Q1-Q2=Amax

- означает, что КПД идеальной машины зависит только от температуры нагревателя и холодильника.