Первое начало термодинамики. Термодинамика построена на базе нескольких постулатов, которые называются началами

Термодинамика построена на базе нескольких постулатов, которые называются началами. Первое начало – это закон сохранения энергии, учитывающий передачу системе энергии в виде тепла или , изменение внутренней энергии – кинетической энергии скрытого движения частиц ансамбля , и совершаемой системой работы :

,

или, что иногда бывает удобнее,

.

Этим формам часто придают несколько иной вид. Учтем, что

.

Тогда первое начало можно записать как

.

Если система представляет собой идеальный одноатомный газ и средняя энергия одной частицы равна

,

то полная внутренняя энергия равна

.

Изменение внутренней энергии можно получить, продифференцировав по температуре (число частиц считается постоянным):

,

или

.

Обратим внимание на то, что в числителе последних формул стоит число 3. Это следствие того, что материальная точка (атом) имеет три степени свободы (по числу координат ). В случае молекул, состоящих из n атомов, это число надо заменить на число степеней свободы отдельной молекулы. Оно подсчитывается по формуле

,

где s – число наложенных на атомы в молекуле связей (например, в молекуле имеется только одна связь, в молекуле две связи и т.п.). Соответственно, полная внутренняя энергия сложных молекул будет равна

.

В первое начало войдет производная по температуре и начало примет общий вид:

.

На этом этапе изучения первого начала термодинамики обычно вводят понятие теплоемкости при постоянном объеме :

,

так что

.

Заметим, что при рассмотрении одного моля вещества , а , что позволяет записать большинство полученных формул, используя универсальную газовую постоянную R.