Первый закон термодинамики
Закон сохранения энергии для тепловых систем: ΔU = Q − W (изменение внутренней энергии = теплота − работа). Джоуль (1843): эквивалент теплоты и работы (4.18 Дж = 1 кал). Применение: тепловые двигатели, холодильники, метаболизм.
Первый закон термодинамики
Тепловые двигатели
Преобразование теплоты в работу. ΔU = Q − W. Цикл: нагрев (Q₁) → работа (W) → охлаждение (Q₂). КПД: η = W/Q₁ = 1 − Q₂/Q₁. Двигатели: паровой (Уатт, 1769), ДВС (Отто, 1876, η≈25%), дизель (Дизель, 1892, η≈40%), турбины (Парсонс, 1884).
Холодильники и кондиционеры
Перенос тепла от холодного к горячему за счёт работы (компрессор). Обратный цикл Карно. Хладагенты: фреоны (запрещены в 1987, озон), R-134a, R-410A. COP (Coefficient of Performance): отношение охлаждения к работе, обычно 2-4. Применение: пищевая промышленность, медицина, ЦОД.
Внутренняя энергия
U — сумма кинетической энергии молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. U=U(T,V) для газа. Изменяется при теплообмене и работе. Функция состояния.
Работа в термодинамике
A=∫PdV — работа газа при расширении. При изобарном: A=PΔV. Адиабатный процесс: Q=0, работа за счёт внутренней энергии. Графически — площадь под кривой.