0088

stanu nie ulega zmianie. Rozważmy to na przykładzie. Gaz doskonały w stanie początkowym A jest określony parametrami v_v p_v T_v jego energia wynosi E_A i przechodzi w stan B o parametrach v₂, p₂, T₂, i o energii E_B (ryc. 4.1). Przejście to może się odbyć w różny sposób. Gaz może np. zostać rozprężony izotermicznie do objętości v„ (punkt C), po czym ogrzany przy stałej objętości aż osiągnie ciśnienie p₂, a więc i temperaturę T,_z w punkcie B.

Ryc. 4.1. Różnica energii AE = E_b—Ea zależy od wartości energii w stanie końcowym Eb (punkt B) i początkowym E_A (punkt A), nie zależy od „drogi” procesu.

Przyrost energii gazu jest AE = E_B — E_A, niezależnie od tego, czy proces przechodził w ten sposób, czy jakikolwiek inny, np. po linii 1. Przechodząc ze stanu A do B po „drodze” 1 i wracając od B do A po drodze 2, gaz wrócił do stanu wyjściowego, jego energia się nie zmieniła; tego rodzaju proces nazywa się kołowym lub cyklicznym.

W odróżnieniu od energii ani praca, ani ciepło nie są funkcjami stanu. O pracy mówimy wtedy, jeżeli ciało jako całość ulega przemieszczeniu pod działaniem siły, wszystkie cząstki ciała otrzymują wtedy ruch uporządkowany w kierunku przemieszczenia. O cieple mówimy, jeżeli jedno ciało przekazuje drugiemu energię nieuporządkowanego ruchu cząsteczkowego. „Bodźcem” do przekazywania energii jest wtedy w zasadzie różnica temperatur. Ilość ciepła mierzy się ilością energii przekazanej w postaci energii ruchu cząsteczkowego. Dla uproszczenia mówimy po prostu o przekazywaniu ciepła.

Praca i ciepło, nie będąc funkcjami stanu, nie charakteryzują stanu układu, lecz charakteryzują przebieg procesu — sposób przekazywania energii. Wartość pracy lub ilość ciepła zależą od sposobu przeprowadzenia układu z jednego stanu do drugiego. Poucza nas o tym omówiony wyżej przykład, przedstawiony na ryc. 4.1. Przejście ze stanu A do stanu B wiąże się z wykonaniem pracy i dostarczeniem ciepła. Jaki będzie udział pracy, a jaki ciepła zależy od sposobu przeprowadzenia procesu, inaczej mówiąc od „drogi” wzdhiż której przebiega. Praca i ciepło są sobie równoważne w procesach przekazywania energii z jednego układu do drugiego. Czy jest to zawsze możliwe? Odpowiedź na to pytanie stanowi jeden z podstawowych problemów termodynamiki.

Energia, praca, ilość ciepła wyrażają się w tych samych jednostkach, w układzie SI w dżulach. Używane są wciąż jeszcze różne inne jednostki, jak: erg, cal, cV, kWh, kGm. Zależności między tymi jednostkami można znaleźć w tablicach fizycznych.

4.2. Pierwsza zasada termodynamiki. Energia wewnętrzna. Entalpia

Ważną wielkością stosowaną w termodynamice jest energia wewnętrzna. Przez energię wewnętrzną U układu rozumie się energię związaną z nieuporządkowanym ruchem cząsteczek czy atomów, tak energię kinetyczną, jak i potencjalną ich wzajenurego oddziaływania. Energia wewnętrzna może być przekazywana od jednego układu do drugiego w procesie wykonywania pracy, czy też przekazywania ciepła. Proces musi przebiegać zgodnie z zasadą zachowania energii, wyraża to pierwsza zasada termodynamiki:

95