Первый закон термодинамики. Согласно одному из фундаментальных законов природы – закону сохранения энергии, полная энергия (механическая и внутреняя энергия) замкнутой системы остается постоянной при всех процессах, происходящих внутри этой системы:
E + U = const.
Закон сохранения энергии, применяемый к тепловым процессам, называют первым законом термодинамики:
● Изменение внутренней энергии термодинамической системы равно количеству теплоты, переданному этой системе, и работе внешних сил, совершенной над системой:
ΔU = Q + A (7.11)
Над замкнутой и изолированной системой внешние силы не совершают работу (𝐴 = 0) и не происходит теплообмена с окружающими телами (𝑄 = 0). В этом случае, согласно первому закону термодинамики, внутренняя энергия замкнутой и изолированной системы не изменяется:
ΔU = U2 − U1 = 0 → U2 = U1
Так как работа, совершаемая системой над внешними силами, равна работе,
совершаемой внешними силами над системой с противоположным знаком:A = −A',
то первый закон термодинамики можно записать так:
● Количество теплоты, сообщенное термодинамической системе, затрачивается на изменение ее
внутренней энергии и работу, которую система совершает против внешних сил:
Q = ΔU + A'. (7.12)
После открытия закона сохранения энергии стала очевидной невозможность создания вечного двигателя первого рода:
● Вечный двигатель первого рода (perpetuum mobile I) – это двигатель, который будучи однажды приведен в действие и не получая энергию извне, совершает работу вечно.
Согласно выражению (7.11), для совершения работы система или должна получать энергию извне, или использовать свою внутреннюю энергию:
A' = Q - ΔU, (7.13)
В противном случае, то есть если 𝑄 = 0 и Δ𝑈 = 0, то и работа 𝐴' = 0 , а это означает, что работающий вечный двигатель невозможен.