системи, що не зазнає дії зовнішніх силових полів, внутрішня енергія збігається з повною енергією. Внутрішня енергія містить у собі енергію усіх видів внутрішніх рухів у системі й енергію взаємодії всіх частинок (атомів, молекул, іонів і т.д.), що входять до системи.
Наприклад, внутрішня енергія газу багатоатомних молекул складається з: а) кінетичної енергії теплового поступального й обертального руху молекул; б) кінетичної і потенційної енергії коливань атомів у молекулах; в) потенційної енергії, зумовленої міжмолекулярними взаємодіями; г) енергії електронних оболонок атомів та іонів; д) кінетичної енергії і потенційної енергії взаємодії протонів і нейтронів у ядрах атомів.
Доданки г) і д) звичайно не змінюються в процесах, що відбуваються при не дуже високих температурах, коли іонізація і збудження не відіграють істотної ролі. У цих умовах доданки г) і д) не враховуються в балансі внутрішньої енергії. Для ідеального газу не враховується також доданок в).
Внутрішня енергія є однозначною функцією термодинамічного стану системи. Значення внутрішньої енергії в будь-якому стані не залежить від того, за допомогою якого процесу система досягла даного стану. Зміна внутрішньої енергії при переході системи зі стану 1 у стан 2 дорівнює
і не залежить від виду процесу переходу 1 -" 2. Якщо система перебуває у стані циклічного процесу, то повна зміна її внутрішньої енергії дорівнює нулю.
Вище зазначалося, що обмін енергією між термодинамічною системою і зовнішніми тілами відбувається двома шляхами: або в разі здійснення роботи, або шляхом теплообміну. Кількість енергії, яку зовнішні тіла передали системі при силовій взаємодії між ними, називається роботою А виконаною над системою. Кількість енергії, яку зовнішні тіла передали системі шляхом теплообміну, називається кількістю теплоти Q, наданої системі.
Обмін енергією між нерухомою системою і зовнішнім середовищем шляхом виконання роботи може відбуватися лише при зміні об'єму та форми системи. Коли ідеальному газу надається якась кількість теплоти, то газ може виконати роботу проти зовнішнього тиску.
Таким чином, збільшення внутрішньої енергії системи повинно дорівнювати сумі виконаної над системою роботи А' і кількості наданого системі тепла Q:
Звичайно замість роботи А', виконаної зовнішніми тілами над системою, розглядають роботу А (що дорівнює — ), яку виконує система над зовнішніми тілами. Тоді
Це рівняння виражає закон збереження енергії і являє собою зміст першого закону (начала) термодинаміки. Словами його можна виразити в такий спосіб: тепло, що надається системі, витрачається на збільшення внутрішньої енергії системи і на виконання системою роботи над зовнішніми тілами.
Розглянемо, як записується перший закон термодинаміки для різних процесів в ідеальному газі.
При ізотермічному процесі зміна температури не відбувається і, отже, внутрішня енергія системи не змінюється (AU = 0). Тоді перший закон термодинаміки має вигляд:
тобто все підведене тепло переходить у роботу газу над зовнішніми тілами.
При ізохорному процесі об'єм газу не змінюється і тому роботу газ не виконує:
При ізобарному процесі відбувається збільшення внутрішньої енергії й виконується робота ():
І, нарешті, в адіабатичному процесі Q = 0, тобто
Можна дати ще одне формулювання першого закону термодинаміки: вічний двигун першого роду неможливий. Вічним двигуном першого роду називається така періодична працююча машина, яка виробляє роботи більше, ніж підведена до неї кількість теплоти..;
Таким чином, із вищерозглянутого можна сформулювати такі висновки. Енергія — єдина міра різних форм руху матерії.
Механічна енергія і теплова енергія — це тільки дві з багатьох форм енергії.
Можливі два якісно різних способи передачі енергії від одного макроскопічного тіла до іншого у формі роботи та у формі теплообміну. При цьому макроскопічне тіло розглядається як сукупність величезної кількості мікрочастинок. Зміну енергії тіла, здійснену першим способом, називають роботою, виконаною над цим тілом. Передача енергії у формі роботи здійснюється у процесі силової взаємодії тіл і завжди супроводжується макропереміщенням.
Передача енергії шляхом теплообміну між тілами зумовлена різницею температур цих тіл.
Неможливий вічний двигун першого роду. Це одне з формулювань першого закону термодинаміки.
Усіма явищами природи керує закон збереження енергії: енергія в природі не виникає з нічого і не зникає нікуди; кількість енергії незмінна, вона лише переходить з однієї форми в іншу.
Список використаної літератури
1. Абачиеп С. К. Концепции современного естествознания (в 2-х частях). Балашиха. - 1988. - I ч.: 150 с, II ч.: 190 с.
2. Ампер А. Электродинамика. М.: ИЛ. — 1954. — 369 с.
3. Античная цивилизация. — М.: Наука. — 1973. — 269 с.
4. Аристотель. Соч. В 4-х тт. Т. 4. - М.: Мысль. - 1983. - 828 с.
5. Арцимович Л. А. Управляемые термоядерные реакции. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит. - 1961.-468 с.
6. Арцимович Л. А. Элементарная физика плазмы. М.: Госатомйздат. — 1963. — 192 с.
7. Бсрнал Дж. Возникновение жизни. — М.: Мир. — 1969. — 391 с.
