Obraz (10) 2

6.3. Pierwsza zasada termodynamiki

6.3.1.    Równanio pierwszej zasady termodynamiki

Między układem termodynamicznym a otoczeniem energia może być wymieniana w postaci ciepła łub w postaci pracy. Jeżeli układ zamknięty nie zmienia w tym czasie swojej energii kinetycznej ani energii położenia (np. energii potencjalnej w polu grawitacyjnym), to wynikiem oddziaływania energetycznego będzie tylko zmiana jego energii wewnętrznej. Można to zapisać w postaci równania bilansu

Q =« A U + L    (6.33)

Stąd wniosek, że ciepło doprowadzone do czynnika jest równe sumie przyrostu energii wewnętrznej czynnika i bezwzględnej pracy zewnętrznej, którą czynnik wykonał. Równanie to nosi nazwę pierwszej zasady termodynamiki Z równania tego wynika, że do wykonania pracy niezbędne jest dostarczenie do układu ciepła z otoczenia albo zmniejszenie energii wewnętrznej układu. Mówiąc inaczej, nic istnieje urządzenie wykonujące pracę bez dostarczenia do niego energii w jakiejkolwiek postaci. Czynione niegdyś próby zbudowania maszyny, która by pracowała nie pobierając znikąd energii, spełzły na niczym. Maszynę taką nazwano perpetuum mobile. Obecnie wiemy, że zbudować jej nie można, gdyż byłoby to sprzeczne z pierwszą zasadą termodynamiki

6.3.2.    Praca absolutna

Typowym w technice cieplnej przykładem wykonywania pracy jest oddziaływanie. tłoka na czynnik termodynamiczny zamknięty w cylindrze.

Jeżeli dookoła cylindra zawierającego gaz panuje próżnia (rys. 6.1), a pracz ściankę do wnętrza cylindra doprowadzimy pewną ilość ciepła Q, lo gaz zwiększając swą objętość przesunie tłok. Z kolei tłok za pomocą tłoczyska wykona na zewnątrz układu pracę bezwzględną (zewnętrzną)

Jeżeli w wyniku wzajemnego oddziaływania układu i otoczenia została wykonana praca, a silę niezbędną do wykonania tej pracy wywołuje ciśnienie czynnika zawartego w danym układzie, to w układzie tym z reguły zachodzi zmiana objętości.

Wychodząc z ogólnej definicji pracy jako iloczynu siły i drogi, można pracę przedstawić w postaci funkcji parametrów p i V (ry*. 6.1). Siła, którą czynnik gazowy o ciśnieniu p, wywiera na tłok jest równoważona siłą zewnętrzną F działającą na tłoczy-sko. Jest ona równa iloczynowi ciśnienia i powierzchni tłoka F-p A. Wykonanie pracy polegającej

113