Перший закон термодинаміки визначає енергетичний баланс на контрольній поверхні різних систем. Контрольна поверхня – уявна оболонка, якою оточують систему при розгляді потоків вхідної і вихідної енергії через неї. Елементами балансу є внутрішня енергія, робота і теплота. Підставою для складання балансу служить покладений в основу першого закону загальний закон збереження і перетворення енергії, згідно з яким енергія не зникає і не виникає, вона лише переходить з одного виду в інший у різних процесах.
Емпіричне обґрунтування першого закону термодинаміки дано дослідами Джоуля, який показав, що завжди необхідна одна і та ж сама механічна робота, щоб нагріти певну кількість води на один градус. Цей результат становить так званий принцип еквівалентності, який Томсон сформулював таким чином: якщо із термічних джерел одержується або внаслідок термічних ефектів знищується одна і та ж кількість механічної роботи, то зникає або виникає одна і та ж кількість теплоти. Існує також інше формулювання принципу еквівалентності: неможливо побудувати машину, яка б виконувала механічну роботу без втрати при цьому еквівалентної кілько сті теплоти (принцип неможливості вічно го двигуна першого роду). У термодинамічних процесах зміни стану робочих тіл останні можуть одержувати від зовнішнього середовища чи, навпаки, віддавати йому енергію у вигляді теплоти Q і у вигляді роботи L, внаслідок чого енергія буде чисельно змінюватись на ?E. Тоді, виходячи із закону збереження енергії, рівняння енергетичного балансу матиме вигляд
Q=ΔE+L.
Записаний у такому вигляді загальний принцип збереження енергії в термодинамічному процесі називається математичним виразом першого закону термодинаміки, який можна сформулювати наступним чином: в термодинамічному процесі підведена до тіла теплота в загальному випадку витрачаєть ся на зміну його енергії і здійснення зовніш ньої роботи. Якщо робоче тіло як ціле не рухається (його центр ваги нерухомий), а потенціальною енергією зовнішнього поля сил можна знехтувати, то зміна повної енергії робочого тіла буде дорівнювати зміні його внутрішньої енергії. Робота у цьому випадку являтиме собою лише роботу L розширення, при цьому
Q=ΔU+L.
Варто звернути увагу на те, що, хоч величини, які входять у рівняння першого закону термодинаміки, – внутрішня енергія, робота і кількість теплоти, – вимірюються одними і тими самими одиницями, фізичні поняття, що визначають ці величини, глибоко розрізняються. Як уже вище вказувалось, внутрішня енергія являє собою енергію, яка накопичилась робочим тілом (системою), – запас енергії, а робота і теплота характеризують енергію, що надається робочому тілу або віднімається від нього в якому-небудь процесі.
Отже, перший закон термодинаміки, який є узагальненням всієї сукупності людського досвіду, заперечує можливість створення вічних двигунів і одержання енергії із «нічого». Історія нараховує величезну кількість проектів таких двигунів, які мали б «обертатись самі по собі». Але всі спроби, у тому числі талановитіших конструкторів, були приречені на невдачу.
Ганс Кристиан Эрстед помещал над магнитной стрелкой прямолинейный металлический проводник, направленный параллельно стрелке. При пропускании через проводник электрического тока стрелка поворачивалась почти перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока стрелка разворачивалась на 180°. Аналогичный разворот наблюдался, если провод переносился на другую сторону, располагаясь не над, а под стрелкой.
Объеснение:
Принято считать, что это открытие было совершенно случайно: профессор Эрстед демонстрировал студентам опыт по тепловому воздействию электрического тока, при этом на экспериментальном столе находилась также и магнитная стрелка. Один из студентов обратил внимание профессора на то, что в момент замыкания электрической цепи стрелка немного отклонялась. Позднее Эрстед повторил опыт с более мощными батареями, усилив тем самым эффект. При этом сам он в своих поздних работах отрицал случайный характер открытия: «Все присутствующие в аудитории — свидетели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью…
Перший закон термодинаміки визначає енергетичний баланс на контрольній поверхні різних систем. Контрольна поверхня – уявна оболонка, якою оточують систему при розгляді потоків вхідної і вихідної енергії через неї. Елементами балансу є внутрішня енергія, робота і теплота. Підставою для складання балансу служить покладений в основу першого закону загальний закон збереження і перетворення енергії, згідно з яким енергія не зникає і не виникає, вона лише переходить з одного виду в інший у різних процесах.
Емпіричне обґрунтування першого закону термодинаміки дано дослідами Джоуля, який показав, що завжди необхідна одна і та ж сама механічна робота, щоб нагріти певну кількість води на один градус. Цей результат становить так званий принцип еквівалентності, який Томсон сформулював таким чином: якщо із термічних джерел одержується або внаслідок термічних ефектів знищується одна і та ж кількість механічної роботи, то зникає або виникає одна і та ж кількість теплоти. Існує також інше формулювання принципу еквівалентності: неможливо побудувати машину, яка б виконувала механічну роботу без втрати при цьому еквівалентної кілько сті теплоти (принцип неможливості вічно го двигуна першого роду). У термодинамічних процесах зміни стану робочих тіл останні можуть одержувати від зовнішнього середовища чи, навпаки, віддавати йому енергію у вигляді теплоти Q і у вигляді роботи L, внаслідок чого енергія буде чисельно змінюватись на ?E. Тоді, виходячи із закону збереження енергії, рівняння енергетичного балансу матиме вигляд
Q=ΔE+L.
Записаний у такому вигляді загальний принцип збереження енергії в термодинамічному процесі називається математичним виразом першого закону термодинаміки, який можна сформулювати наступним чином: в термодинамічному процесі підведена до тіла теплота в загальному випадку витрачаєть ся на зміну його енергії і здійснення зовніш ньої роботи. Якщо робоче тіло як ціле не рухається (його центр ваги нерухомий), а потенціальною енергією зовнішнього поля сил можна знехтувати, то зміна повної енергії робочого тіла буде дорівнювати зміні його внутрішньої енергії. Робота у цьому випадку являтиме собою лише роботу L розширення, при цьому
Q=ΔU+L.
Варто звернути увагу на те, що, хоч величини, які входять у рівняння першого закону термодинаміки, – внутрішня енергія, робота і кількість теплоти, – вимірюються одними і тими самими одиницями, фізичні поняття, що визначають ці величини, глибоко розрізняються. Як уже вище вказувалось, внутрішня енергія являє собою енергію, яка накопичилась робочим тілом (системою), – запас енергії, а робота і теплота характеризують енергію, що надається робочому тілу або віднімається від нього в якому-небудь процесі.
Отже, перший закон термодинаміки, який є узагальненням всієї сукупності людського досвіду, заперечує можливість створення вічних двигунів і одержання енергії із «нічого». Історія нараховує величезну кількість проектів таких двигунів, які мали б «обертатись самі по собі». Але всі спроби, у тому числі талановитіших конструкторів, були приречені на невдачу.
Ганс Кристиан Эрстед помещал над магнитной стрелкой прямолинейный металлический проводник, направленный параллельно стрелке. При пропускании через проводник электрического тока стрелка поворачивалась почти перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока стрелка разворачивалась на 180°. Аналогичный разворот наблюдался, если провод переносился на другую сторону, располагаясь не над, а под стрелкой.
Объеснение:
Принято считать, что это открытие было совершенно случайно: профессор Эрстед демонстрировал студентам опыт по тепловому воздействию электрического тока, при этом на экспериментальном столе находилась также и магнитная стрелка. Один из студентов обратил внимание профессора на то, что в момент замыкания электрической цепи стрелка немного отклонялась. Позднее Эрстед повторил опыт с более мощными батареями, усилив тем самым эффект. При этом сам он в своих поздних работах отрицал случайный характер открытия: «Все присутствующие в аудитории — свидетели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью…