3. Первый закон термодинамики для закрытой системы

Первый закон термодинамики является одним из двух основных законов, на которых базируется вся современная термодинамика. Он получен на основании наблюдений и не имеет никакого другого доказательства, кроме человеческого опыта в земных условиях.

Открытие первого закона термодинамики относится к середине XIX века, а его основоположниками считают Р.Майера и Д.Джоуля.

Известно, что процесс изменения состояния термодинамического тела (системы) происходит при энергетическом взаимодействии его с внешней средой. Мерой этого взаимодействия является работа. Первый закон термодинамики представляет собой приложение к термодинамической системе общего закона сохранения энергии, согласно которому в замкнутой изолированной системе возможны взаимопревращения форм энергии, но сумма всех видов энергии является величиной постоянной. Аналитическое выражение этой формулировки будет соответствовать равенству энергии такой термодинамической системы в начале и конце процесса:

(3.1)

Для неизолированной термодинамической системы изменению энергии будет соответствовать сумма работ, произведенных в этой системе, поскольку работа есть мера энергетического взаимодействия. Для такой системы закон сохранения энергии будет представлен выражением:

(3.2)

Для получения выражения первого закона термодинамики необходимо установить взаимосвязь различных форм преобразования энергии с полученными в результате этих преобразований работами в теле или системе.

В данном разделе познакомимся с первым законом термодинамики для закрытых (без обмена веществом с окружающей средой) термодинамических систем. Для открытых систем первый закон термодинамики будет рассмотрен позднее, по мере необходимости изучения соответствующих процессов: истечения, дросселирования, смешения и т.п.

Для строгого математического формулирования этого закона необходимо дать понятия возможных форм энергии и работ, применительно к термодинамической системе.