к фізична теорія базується на основі принципів, у якості яких виступають три закони термодинаміки.
У шкільному курсі фізики викладені перший закон термодинаміки і найпростіші формулювання другого закону. На кількісному рівні другий закон термодинаміки не вивчають, оскільки через труднощі сприйняття не вводиться поняття ентропія raquo ;. Про третій законі термодинаміки інформація взагалі відсутня.
Приступаючи до вивчення цього закону, необхідно згадати, що існують два способи зміни внутрішньої енергії системи. Її можна змінити шляхом здійснення роботи і за допомогою теплообміну з зовнішніми тілами.
Далі потрібно повідомити, що між роботою, кількістю теплоти і зміною внутрішньої енергії є зв'язок, встановлювана перший законом термодинаміки, який являє собою закон збереження енергії для теплових процесів.
У завданнях по даній темі дуже часто в якості даної або шуканої величини виступає не робота, що здійснюються зовнішніми тілами, а робота, яку здійснює система.
Його словесна формулювання: кількість теплоти, повідомлене системі, йде на зміну її внутрішньої енергії і на здійснення роботи над зовнішніми тілами.
Внутрішня енергія є функцією стану, а робота і кількість теплоти залежать від характеру процесу.
Застосування першого закону термодинаміки ілюструють на прикладі ізопараметричних і адиабатного процесів, чинених ідеальним газом.
Вивчення теоретичного матеріалу доцільно починати з відомих учням ізопараметричних процесів і побудувати у вигляді рішення навчально-пізнавальної задачі, яку можна сформулювати так: отримати формули, що виражають перший закон термодинаміки для ізопараметричних процесів, які здійснює певна маса ідеального газу.
У класах будь-якого профілю можна використовувати безструктурну модель молекули, яка є одним з елементів моделі одноатомний ідеальний газ .
Необхідно роз'яснити, що застосування такої моделі не порушує спільності вирішення завдань. Дійсно, тільки при ізотермічному процесі доводиться враховувати функціональну залежність внутрішньої енергії газу від його абсолютної температури. Однак у цьому випадку складу молекули і характер зв'язку між атомами, що утворюють молекулу, значення не мають, оскільки не впливають на результат. Зміна внутрішньої енергії ідеального газу з будь-якою кількістю атомів у молекулі дорівнює нулю, якщо T =const.
Вказівка ??на сталість маси газу робить рішення задачі однозначним, тому виключає з розгляду ізопараметричної процеси, в ході яких маса газу змінюється.
Застосування першого закону термодинаміки до різних процесів
Вивчені процеси зміни стану ідеального газу дають багатий матеріал для приватних застосувань першого закону термодинаміки. Звернення до цих прикладів разом з тим містить елементи повторення .. Ізохорний процес ( V = const, m = const).
При Ізохоричний процесі обсяг газу не змінюється і тому робота, чинена газом, дорівнює нулю. Отже, всі кількість теплоти, отримане системою, йде на зміну її внутрішньої енергії:
. Ізотермічний процес ( Т=const, m=const).
3, Ізобаричний процес ( р = const, m=const).
Отримання формули, що виражає перший закон термодинаміки для адиабатного процесу, можна також здійснити у вигляді рішення навчально-пізнавальної задачі.
Адіабатний процес, необхідно, перш за все привести його визначення: адіабатних називають процес, що протікає без теплообміну системи з зовнішніми тілами.
З цього визначення випливає, що Адіабатний процес є моделлю деяких реальних процесів, оскільки забезпечити повну теплоізоляцію системи від зовнішніх тіл неможливо.
Реальний процес можна приблизно вважати адіабатних, якщо він протікає настільки швидко, що за час процесу відбувається незначний теплообмін системи із зовнішніми тілами.
У той же час процес повинен відбуватися дуже повільно, інакше він не буде майже рівноважним (квазистатическим).
Необхідно роз'яснити, що ці дві умови не суперечать один одному. Вони свідчать про відносність понять дуже швидко і дуже повільно .
Одночасний облік даних умов дозволяє зробити наступний висновок: реальний газовий процес можна приблизно вважати рівноважним і адіабатних, якщо швидкість процесу значно менше швидкості, з якою в ході процесу відбувається вирівнювання по всьому об'єму тиску і температури газу, але ...
