„Energia lumii este constantă.“ Clausius, 1865
Energia internă a oricărui sistem există o măsură cantitativă comună a tuturor mișcărilor și toate interacțiunile cu sistemul și de mediu medii (extern): mecanice, atomice, moleculare, electrice, magnetice și altele. Teoriile clasice ale energiei fizice variază continuu și poate lua orice valoare, și are nivelurile de energie discrete val (cuantice-mecanice).
Primul postulat (legea) Termodinamica determină echilibrul intern al energiei în orice sistem și proces. În conformitate cu această energie internă postulat în nici un sistem nu este făcută, se poate manifesta numai într-o varietate de forme (căldură sau căldură, lucru mecanic, energia chimică, energia câmpurilor mecanice, electrice și magnetice, energia nucleară) și este capabil să schimbe extern medie sau convertit la o formă la alta, menținând în același timp echilibrul global. De exemplu, pentru un sistem izolat, în absența unui schimb cu mediul extern, conservarea energiei înseamnă că energia sa internă rămâne constantă. De aceea, spunând Clausius de mai sus adevărat dacă presupunem că universul nostru este un sistem izolat. Full U energie internă a oricărui sistem poate fi preluat de U0 termenul selectat în mod aleatoriu. U = U + U0. și variația totală (integralei diferențial total) depinde numai de stările inițiale și finale și este independentă de tranziția între aceste stări (integrare cale). Prin urmare, de exemplu, dependența de temperatură a energiei interne pentru un anumit volum și compoziția poate fi definită ca viața diferenței și un condiții standard predeterminate:
în care - căldura specifică molară la volum constant și compoziția, T0 - stare de temperatură (condiție comparație). În acest caz, schimbarea de energie a sistemului este egală în mărime și în semn opus la schimbarea energiei mediului.
In termodinamica echilibru clasice ale echilibrului energetic intern al oricărui sistem ia în considerare cele două componente (formulare, specii) de energie care contribuie la transmiterea acesteia, schimbarea sau transformarea: teplotuQ și W. muncă
Căldura Q ca o formă de energie care poate fi transferată în interiorul și în afara sistemului (de schimb cu mediul) și convertit la muncă într-un raport echivalent, are o valoare universală. În fizică, este considerată ca fiind energia termică, care este o energie cinetică dezordonate (termică moleculară atomică) mișcarea în sistem direct proporțională cu temperatura: medie a energiei cinetice (termică) a particulelor în sistem și pot fi transmise de la un corp la altul (de partajare în cadrul sistemului sau din jur mediu) prin transfer de căldură și de transfer de căldură pe mecanismul de căldură conducție, convecție și / sau căldură radiantă:
Conductivitatea termică - procesul de transfer de căldură între obiecte când contactul direct sau transferul de căldură în interiorul obiectului datorită coliziunii dintre atomi sau molecule, având ca rezultat un exces de energie le transmit unul altuia.
Convectie - un proces de transfer de căldură în timpul mișcării particulelor de fluid sau de gaz (fluid) în raport cu un centru de masă.
Radiația termică - transferul de căldură de la un corp la altul fără contactul dintre acestea direct, inclusiv prin vacuum, unde electromagnetice cu lungimi de undă diferite (densitatea de energie și intensitatea radiației termice proporțională cu temperatura în gradului 4 - legea Stefan-Boltzmann). Un exemplu în acest sens este transmiterea energiei solare prin spațiu pe Pământ.
RabotaW. sistem care poate fi produs este subdivizată în activitatea desfășurată de acesta împotriva presiunii externe cantitate schimbare (DWR = -pdV), care este văzută în principal în termodinamica echilibru clasic, și alte tipuri de muncă efectuate de către sistem când (OMS), acțiune pe ea (în l) forțe mecanice, câmpuri electrice sau magnetice. În acest caz, activitatea desfășurată de către sistem sub influența (contra) forțele externe, inclusiv presiunea externă la schimbarea volumului, este considerat negativ, iar activitatea desfășurată de către forțe interne - pozitive. Astfel, atunci când este supus la solicitări mecanice (# 963;) operarea sistemului cauzată de dezvoltarea tulpinii (# 955;), în prezența unui câmp electric cu o intensitate E în sistemele dielectrice - schimbarea momentului de dipol electric (polarizare P), și în prezența unui câmp magnetic în sistemele magnetice cu rezistență H - variația dipol magnetic momentul M (magnetizare), respectiv, și în toate cazurile, lucrarea este negativă: dW # 963; = - # 963; d # 955;, DWE = -EdR și DWN = -NdM. În prezența interfeței schimbării de fază a suprafeței dA separare a fazelor în eterogene cu sisteme energetice specifice interfaciale # 947;, lucrul cheltuit pe sistem, schimba zona de interfață este pozitivă și egală cu DWA = # 947; dA. Pe scurt, activitatea împotriva forțelor externe este scris ca o sumă algebrică a tuturor tipurilor de muncă: dw =, în cazul în care Fi - forță generalizate, și ai - conjugat ea a parametrului care caracterizează răspunsul la această forță. In exemplele de mai sus, Fi - este p, # 963;, E. și H # 947;. și ai - V, # 955;, P, M și A și dW = - (DWR + dW # 963; + DWE DWN +) + DWA.
Toate aceste concepte sunt aplicabile oricăror sisteme izolate și închise, a căror compoziție nu se modifică sau se modifică în urma reacțiilor chimice sau nucleare. Cu toate acestea, în sisteme deschise, în care există un schimb cu mediul, nu numai energia sub formă de căldură sau de muncă, dar substanța, o schimbare a energiei sale interne pot fi cauzate ca un flux de particule (molecule, ioni, etc.) substanței din sistem și / sau sistem de valori dUvesch .Naprimer, atunci când transferul q taxe la o diferență de potențial # 934;. dUq = # 934; dq. Prin urmare, în general, variația totală internă a energiei pentru sistemele omogene în absența limitelor grăunților și, în consecință, lucrările care DWA este exprimată ca (formă de prima lege a termodinamicii generalizate):
După cum sa arătat mai sus, U energetică internă, fiind o funcție a stării sistemului depinde doar de stările inițiale și finale și este independentă de tranziția între aceste stări. Căldura Q W funcțiilor statului irabota nu sunt, ca și valorile lor sunt diferite pentru diferite metode de proces de conversie a energiei sau la aceleași stări inițiale și finale ale sistemului. Prin urmare, variația energiei interne în orice proces dU este o diferență totală (diferența infinitezimal) și cantitatea de căldură pe care sistemul schimbate cu mediul în timpul procesului, iar lucrarea care este produsă împotriva forțelor externe sunt „complet“ diferentiale # 273; Q și # 273; W (cantități infime care variază într-un timp mic dt considerând forțele de transfer de căldură și a cineticii comite funcționare, respectiv). Matematic, aceasta rezultă din teoria funcțiilor de mai multe variabile, pentru care diferențial totală este exprimată ca suma părților sale, de exemplu, dU = dQ-dW + dUvesch Astfel diferențial totală a integralei nu depinde de calea integrării și integralele termeni individuali ai suma componentelor sale depind de calea integrării, și anume acestea pot lua orice valoare prin schimbarea variabilelor „libere“. Prin urmare, ele nu sunt total diferențiale, iar acestea sunt numite funcționalelor.