Вам понадобится
  • Учебник по физике, шариковая ручка, лист бумаги.
Инструкция
1
Прочитайте в учебнике по физике десятого класса формулировку первого начала термодинамики. Как известно, оно определяет способы изменения внутренней энергии идеального газа как в случае открытой системы, так и в случае закрытой системы. По данному закону, количество тепла, которое подводится к термодинамической системе, приводит к изменению ее внутренней энергии и к совершению системой работы против внешних сил.
2
Обратите внимание, что первое начало термодинамики можно трактовать иначе, переместив слагаемое совершения работы в левую часть уравнения. В этом случае с одной стороны уравнения останется изменение внутренней энергии, а с другой – разность переданного системе количества тепла и совершенной системой работы. Таким образом, данное уравнение говорит о том, что изменить внутреннюю энергию можно двумя способами. Первый способ заключается в передачи энергии системе извне, а второй – в совершении системой работы.
3
Запишите полученное соотношение первого начала термодинамики. Заметьте, что перед членом, обозначающим совершение системой работы, стоит знак минус. Это означает, что в том случае, когда система сама совершает работу против внешних сил, то есть положительную работу, то внутренняя энергия системы уменьшается. Вполне справедливо было бы поставить перед членом изменения работы знак плюс, но тогда его нужно было бы иначе трактовать, а именно, как совершение работы самой системой. То есть работа в данном случае должна идти не против внешних сил, а за счет них. Тогда внутренняя энергия тела увеличивается. Это соответствует случаю, когда, например, газ сжимают с помощью поршня. В данном эксперименте, если газ адиабатически изолировать, совершенная работа полностью уйдет на изменение внутренней энергии газа.
4
Не забывайте, что вышеописанные способы изменения внутренней энергии относятся лишь к случаю закрытых изолированных систем. В случае же, если система открытая, внутренняя энергия может изменяться также за счет изменения количества частиц вещества. Каждая частица газа или жидкости привносит собственный вклад в общую энергию всего вещества. Соответственно, потеря частицы означает потерю части внутренней энергии. В данном случае первое начало термодинамики модифицируется появлением дополнительного слагаемого, пропорционального изменению частиц вещества системы и ее химическому потенциалу, выражающему внутреннюю энергию, приходящуюся на одну частицу.