Теория:
Представь, что у тебя есть система — например, газ в цилиндре. Что можно с ней сделать, чтобы изменить её состояние? Либо нагреть (передать тепло \(Q\)), либо сжать или дать ей расшириться (совершить работу \(A\)). Чаще всего происходит и то, и другое сразу.
Первый закон термодинамики — это закон сохранения энергии для тепловых процессов. Он говорит нам простую вещь: изменение внутренней энергии системы (\(U\)) равно сумме полученного тепла (\(Q\)) и работы внешних сил (\(A\)).
В физике чаще используют формулу, где работа, совершённая газом (\(A\)\('\)), берётся с другим знаком. Если газ расширяется, он сам совершает работу (теряет энергию), поэтому:
\(\boxed{U_2 - U_1 = Q - A}\).
\(\boxed{U_2 - U_1 = Q - A}\).
Или, переставив слагаемые, получаем самую известную запись:
\(\boxed{Q = \Delta U + A}\).
\(\boxed{Q = \Delta U + A}\).
Это открытие неразрывно связано с именами великих учёных \(XIX\) века: Роберта Майера, Джеймса Джоуля и Германа Гельмгольца, которые доказали, что теплота и работа — две формы энергии, переходящие друг в друга.
Самое интересное начинается, когда мы применяем этот закон к конкретным ситуациям. Вспомним изопроцессы и посмотрим, как для них работает первое правило термодинамики.
Уравнение закона для изотермического процесса (\(T = const\)) | \(\Delta U = \frac{3}{2}\nu R\Delta T = 0 \Rightarrow \boxed{Q = A}\) |
Уравнение закона для изохорного процесса (\(V = const\)) | \(A = A(p, V) = 0 \Rightarrow \boxed{Q = \Delta U}\) |
Уравнение закона для изобарного процесса (\(p = const\)) | \(\boxed{Q = \Delta U + A}\), где \(A = p\Delta V\) |
Уравнение закона для адиабатного процесса (\(Q= 0\)) | \(\boxed{A = -\Delta U}\) |