15. Kinetyczna teoria gazów i termodynamika I
• Spis treści  
• Ciepło właściwe  
•   Ekwipartycja energii

15.4 Pierwsza zasada termodynamiki

  W mechanice rozważaliśmy zmiany energii mechanicznej układu będące wynikiem pracy wykonanej przez siły zewnętrzne. W przemianach termodynamicznych możliwy jest inny (nie mechaniczny) sposób przekazywania energii. Gdy dwa układy o różnych temperaturach zetkniemy ze sobą to ciepło Q przepływa z ciała cieplejszego do chłodniejszego.

Zgodnie z zasadą zachowania energii

To jest sformułowanie pierwszej zasady termodynamiki. W tym zapisie mamy rozdzieloną energię ciała na część makroskopową (energię mechaniczną) i mikroskopową (energię wewnętrzną). Zasada ta działa również w "drugą stronę" to znaczy, gdy nad układem zostanie wykonana praca to układ może oddawać ciepło. To równanie często piszemy w postać różniczkowej

Widzimy, że zmiana energii wewnętrznej związana jest z ciepłem pobieranym (dQ > 0) lub oddawanym (dQ < 0) przez układ oraz z pracą wykonaną przez układ (dW > 0) lub nad układem (dW < 0).

Jeżeli rozpatrzymy gaz działający siłą F na tłok o powierzchni S, jak na rysunku 15.3, to praca wykonana przez gaz wynosi

 Rys. 15.3. Gaz wykonuje pracę przesuwając tłok na odcinku dx

Pamiętamy, że w mechanice praca sił zachowawczych wykonana nad punktem materialnym poruszającym się między dwoma punktami zależała tylko od tych punktów, a nie od łączącej je drogi. W termodynamice stwierdzamy, że

Oznacza to, że chociaż dQ i dW z osobna zależą od drogi przejścia to dU ma określoną wartość niezależną od sposobu przejścia układu do stanu końcowego. Taką wielkość fizyczną (funkcję tego typu), która charakteryzuje stan układu, i której wartości nie zależą od sposobu w jaki układ został do danego stanu doprowadzony nazywamy funkcją stanu .