Применение первого закона термодинамики
Применение первого закона термодинамики — это последовательный способ определить, как связаны количество теплоты, изменение внутренней энергии и работа газа. Сначала выясняют, что произошло с газом, затем выбирают знаки величин и используют уравнение теплового баланса.
Основная формула и алгоритм
Здесь \(Q\) — количество теплоты, переданное газу; \(\Delta U\) — изменение его внутренней энергии; \(A\) — работа газа. Величины измеряются в джоулях. Если газ получает теплоту, обычно \(Q>0\); если отдаёт — \(Q<0\). При расширении газ совершает положительную работу, при сжатии его работа отрицательна.
- Запишите, что известно в условии, и переведите все значения в СИ.
- Определите процесс: нагревание, охлаждение, расширение или сжатие. Найдите известные величины \(Q\), \(\Delta U\) немесе \(A\).
- Установите знаки величин. Например, при охлаждении \(\Delta U<0\), а при расширении \(A>0\).
- Подставьте данные в формулу \(Q=\Delta U+A\) и выразите неизвестную величину.
- Проверьте единицы и смысл ответа: энергия должна быть выражена в джоулях.
Газ получил \(Q=500\) Дж теплоты и совершил работу \(A=200\) Дж. Изменение внутренней энергии: \(\Delta U=Q-A=500-200=300\) Дж. Значит, внутренняя энергия газа увеличилась на 300 Дж.
Первый закон термодинамики часто записывают и через работу внешних сил: \(\Delta U=Q+A_{\text{внеш}}\). Это та же закономерность, потому что \(A_{\text{внеш}}=-A\). Нельзя одновременно использовать работу газа и работу внешних сил с одинаковым знаком.
Газ сжали, совершив над ним работу 100 Дж, и при этом он отдал 40 Дж теплоты. Чему равно изменение внутренней энергии?
Главное
- Используйте формулу \(Q=\Delta U+A\), если \(A\) — работа газа.
- Сначала определяйте процесс и знаки величин, затем подставляйте числа.
- Работа внешних сил имеет знак, противоположный работе газа.