Вътрешна енергия. Първи принцип на термодинамиката

Вътрешна енергия. Първи принцип на термодинамиката. Топлинен капацитет.
Моларни топлинни капацитети при газове. Уравнение на Майер
Вътрешна енергия. Първи принцип на термодинамиката
Ние получихме пълната енергия на молекулите на идеалния газ като сума от кинетичните енергии на
отделните молекули (E=Ek), тъй като за него пренебрегваме потенциалната енергия на взаимодействие
на молекулите и вътрешния им строеж (считаме ги за материални точки). Ако искаме да пресметнем
пълната енергия на молекулите на реална термодинамична система, трябва да отчетем още и
потенциална енергия Ep на взаимодействие между тях. Така пълната енергия на всички частици,
изграждащи дадено тяло, е сума от кинетичните енергии на топлинното им движение и потенциалните
им енергии на взаимодействие. Тази енергия наричаме вътрешна енергия U на тялото:
(1) kp
U E E .
Ако към тази енергия прибавим механичната енергия на тялото като цялостен обект, т.е.
кинетичната енергия на тялото при постъпателно и въртеливо движение и потенциалната му енергия
(гравитационна, електрична) на взаимодействие с други тела ще получим пълната енергия E на тялото.
Вътрешната енергия (както и другите видове енергия) е еднозначна характеристика на състоянието
на системата (тялото), т.е. тя не зависи от начина, по който системата е достигнала до това състояние.
При различните термодинамични процеси вътрешната енергия на системата може да се променя. Както
казахме и в механиката, ние винаги се интересуваме от промяната на енергията, а не от конкретната ѝ
стойност.
Ако приложим определението за вътрешна енергия (1) за идеален газ, ще видим, че неговата
вътрешна енергия наистина се дава само от кинетичната енергия на постъпателно движение на
молекулите му. Видяхме, че тази енергия зависи само от температурата, т.е. вътрешната енергия на
идеалния газ също зависи само от температурата (за система с постоянен брой частици).
Нека да видим по какви начини може да се променя
вътрешната енергия на една термодинамична система
(идеален газ). Ако поставим в контакт две системи 1 и 2
(фиг. 1) с температури T1 и T2>T1, в