Номер 11, страница 258 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 6. Термодинамика. Параграф 31. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики - номер 11, страница 258.

Условие.

11. Объясните, как связан первый закон термодинамики с законом сохранения энергии.

Решение.

Первый закон термодинамики является прямым следствием и конкретизацией всеобщего закона сохранения энергии применительно к термодинамическим процессам. Закон сохранения энергии — это фундаментальный принцип, согласно которому энергия в изолированной системе не создается и не уничтожается, а лишь преобразуется из одной формы в другую.

Первый закон термодинамики применяет этот принцип к системам, которые могут обмениваться энергией с окружающей средой двумя способами: путем теплопередачи и путем совершения механической работы. Он устанавливает количественную связь между этими величинами.

Формулировка первого закона термодинамики следующая: количество теплоты $\text{Q}$, переданное системе, расходуется на изменение её внутренней энергии $\Delta U$ и на совершение системой работы $\text{A}$ над внешними телами.
В виде формулы это записывается так:
$Q = \Delta U + A$

Эта формула и есть выражение закона сохранения энергии для тепловых процессов:
• $\text{Q}$ представляет собой энергию, поступающую в систему извне (энергетический "приход").
• $\Delta U + A$ представляет собой то, на что эта энергия была потрачена (энергетический "расход"). Она пошла на увеличение запасенной в системе энергии ($\Delta U$) и на энергию, переданную системой внешним телам в виде работы ($\text{A}$).

Таким образом, первый закон термодинамики утверждает, что энергия не может возникнуть из ниоткуда или исчезнуть в никуда. Если система получает энергию в виде тепла, эта энергия должна либо остаться в системе, увеличив её внутреннюю энергию, либо быть передана в окружающую среду через совершение работы. Это и есть проявление закона сохранения энергии. Важным следствием этого закона является невозможность создания вечного двигателя первого рода — устройства, которое могло бы совершать работу без потребления энергии.

Ответ: Первый закон термодинамики является формулировкой закона сохранения энергии для термодинамических систем. Он устанавливает, что энергия, переданная системе в виде тепла ($\text{Q}$), не исчезает, а расходуется на изменение ее внутренней энергии ($\Delta U$) и на совершение системой работы ($\text{A}$), что математически выражается уравнением энергетического баланса $Q = \Delta U + A$.