Работа. Энергия. Адиабатный процесс
Как известно, особенность сил трения состоит в том, что работа, совершенная против сил трения, не увеличивает ни кинетическую, ни потенциальную энергию. Однако, работа против сил трения не проходит бесследно. Например, движение тела при наличии сопротивления воздуха приводит к увеличению температуры тела. Это увеличение иногда может быть очень велико - метеориты, влетающие в атмосферу, сгорают в ней именно благодаря нагреванию, вызванному сопротивлением воздуха. Также при движении с наличием сил трения может происходить изменение состояния тела - плавление и др.
Если рассмотреть падение тела в достаточно вязкой среде, то можно заметить, что уменьшается и кинетическая и потенциальная энергия.
Итак, если движение происходит при наличии сил трения, то, во-первых, происходит уменьшение суммы кинетической и потенциальной энергии всех тел, участвующих в процессе, во-вторых, происходит изменение состояния трущихся тел (нагревание, изменение агрегатного состояния и т.д.).
Такие изменения состояния тел сопровождаются изменением запаса их энергии. Энергию, зависящую от состояния тела, в частности, от его температуры, называют внутренней энергией. Кроме температуры,
внутренняя энергия зависит также от агрегатного состояния тела, от того, является ли твердое тело сплошным или мелкораздробленным и т.п.
Внутренняя энергия тела может изменяться при совершении работы тела или над телом, а также при передаче теплоты от одного тела к другому.
Внутренняя энергия измеряется в тех же единицах, что и механическая.
Если рассматривать все тела, участвующие в процессе, и учитывать изменение и механической и внутренней энергии всех тел, то в итоге получим, что полная энергия - величина постоянная. Это закон сохранения полной энергии. В термодинамике он носит название первого начала и формулируется следующим образом: теплота, сообщенная газу, идет на изменение его внутренней энергии и на работу, совершаемую газом против внешних сил:
Q=DU+A
.
При изохорическом процессе объем остается постоянным, работа не совершается, следовательно
Q=DU
При изобарическом процессе постоянным остается давление. Запишем:
A=p·DV=m·R·DT/М.
При изотермическом процессе температура постоянна, значит
DT=0 и DU=0.
Процесс, при котором передача теплоты настолько ничтожна, что ей можно пренебречь, называется адиабатическим. При таком процессе Q=0, A=-DU, т.е. работа совершается газом за счет за счет изменения внутренней энергии.
Поскольку теплоемкость пропорциональна массе тела, то для характеристики тепловых свойств вещества
рассматривают теплоемкость единицы массы данного вещества. Эта величина получила название удельной теплоемкости. Она измеряется в [Дж/кг·град]. Обозначив удельную теплоемкость через с, получим, что для повышения температуры тела массой m на величину Dt требуется количество теплоты, равное
Q=c·m·Dt.
