Почвоведение: системный подход

В термодинамике основным уравнением является первое начало термодинамики:

Теплота, подводимая к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и совершение системой работы против внешних сил:

Первое начало термодинамики применимо не только к идеальному газу. Изменение внутренней энергии (для одноатомного газа) обычно записывают в виде:

Для отдельных процессов легко получить другие уравнения для изменения внутренней энергии:

1) в изотермическом процессе внутренняя энергия не изменяется;

2) в изобарном процессе для перехода из состояния 1 в состояние 2 можно записать:

Вычитая из второго уравнения первое, получим:

И изменение внутренней энергии:

Это уравнение оказывается часто более полезным. Для изобарного процесса могут быть заданы давление и объём, но не заданы температура и число молей.

3) в изохорном процессе для перехода из состояния 1 в состояние 2 можно записать:

Вычитая из второго уравнения первое, получим:

И изменение внутренней энергии:

Это уравнение оказывается часто более полезным. Для изохорного процесса  могут быть заданы давление и объём, но не заданы температура и число молей.

Работа идеального газа в изобарном процессе:

Для любого произвольного процесса работу можно найти следующим образом: построить график зависимости давления от объёма, площадь под графиком этой функции численно равна работе.

Внутренняя энергия является функцией состояния. Это означает, что изменение этой функции при переходе из одного состояния в другое не зависит от способа перехода. Работа, наоборот, не является функцией состояния. Если по условию задачи совершается какая-либо работа, то количество теплоты всегда считается по первому началу термодинамики. В одном частном случае – работа равна нулю, количество теплоты можно посчитать только по изменению внутренней энергии. Если, например, твёрдое вещество плавится, то изменением объёма пренебрегают и работа оказывается равной нулю. В этом случае подводимая к телу теплота целиком расходуется на нагревание и можно записать , где  – удельная теплоёмкость.

Для различных фазовых переходов можно записать:

1) плавление-кристаллизация – ,  – удельная теплота плавления, количество теплоты, необходимое, чтобы 1 кг твёрдого вещества, взятого при температуре плавления, полностью превратить в жидкость;

2) кипение-конденсация – ,  – удельная теплота кипения, количество теплоты, необходимое, чтобы 1 кг жидкости, взятой при температуре кипения, полностью превратить в газ.