Як змінюється внутрішня енергія ідеального газу

Прочитайте в підручнику з фізики десятого класу формулювання першого початку термодинаміки. Як відомо, воно визначає способи зміни внутрішньої енергії ідеального газу як в разі відкритої системи, так і в разі закритої системи. За цим законом, кількість тепла, яке підводиться до термодинамічної системи, призводить до зміни її внутрішньої енергії і до вчинення системою роботи проти зовнішніх сил.

Зверніть увагу, що перший початок термодинаміки можна трактувати інакше, перемістивши доданок здійснення роботи в ліву частину рівняння. В цьому випадку з одного боку рівняння залишиться зміна внутрішньої енергії, а з іншого - різниця переданого системі кількості тепла і досконалою системою роботи. Таким чином, дане рівняння говорить про те, що змінити внутрішню енергію можна двома способами. Перший спосіб полягає в передачі енергії системі ззовні, а другий - в скоєнні системою роботи.

Запишіть отримане співвідношення першого початку термодинаміки. Зауважте, що перед членом, що позначає вчинення системою роботи, варто знак мінус. Це означає, що в тому випадку, коли система сама здійснює роботу проти зовнішніх сил, тобто позитивну роботу, то внутрішня енергія системи зменшується. Цілком справедливо було б поставити перед членом зміни роботи знак плюс, але тоді його потрібно було б інакше трактувати, а саме, як вчинення роботи самої системою. Тобто робота в даному випадку повинна йти не проти зовнішніх сил, а за рахунок них. Тоді внутрішня енергія тіла збільшується. Це відповідає випадку, коли, наприклад, газ стискають за допомогою поршня. В даному експерименті, якщо газ адіабатично ізолювати, досконала робота повністю піде на зміну внутрішньої енергії газу.

Не забувайте, що вищеописані способи зміни внутрішньої енергії відносяться лише до випадку закритих ізольованих систем. У разі ж, якщо система відкрита, внутрішня енергія може змінюватися також за рахунок зміни кількості частинок речовини. Кожна частка газу або рідини привносить власний внесок у загальну енергію всього речовини. Відповідно, втрата частки означає втрату частини внутрішньої енергії. В даному випадку перший початок термодинаміки модифікується появою додаткової складової, пропорційного зміни часток речовини системи і її хімічному потенціалу, що виражає внутрішню енергію, що припадає на одну частинку.