Термодинамика

Работа газа. Первый закон термодинамики

Мякишев «Физика 10», термодинамика

При изобарном процессе работа равна давлению на изменение объёма. В любом процессе работа — это площадь под графиком

p(V)

A_{\text{газа}} = p \Delta V

для

p = \text{const}

Знак работы3

Газ расширяется — работа газа положительна.

Газ сжимают — работа газа отрицательна, положительна работа внешних сил над газом.

Эти две работы отличаются знаком, и от того, какую из них ты берёшь, зависит вся запись первого закона.

Определись сразу, чью работу считаешь. Смешение «работы газа» и «работы над газом» — самая частая ошибка в этой теме.

Подведённая теплота идёт на изменение внутренней энергии и на работу газа.

Q = \Delta U + A_{\text{газа}}

это закон сохранения энергии для тепловых процессов

Как он выглядит в каждом процессе4

Изохора: $A = 0$ , значит $Q = \Delta U$ . Вся теплота идёт на нагрев.

Изотерма: $\Delta U = 0$ , значит $Q = A$ . Вся теплота уходит в работу.

Изобара: работают все три члена.

Адиабата: $Q = 0$ , значит $\Delta U = -A_{\text{газа}}$ . Газ работает только за счёт внутренней энергии.

⚗

Опыт в Физлабе

Адиабата

Q = 0: расширение охлаждает газ, сжатие нагревает.

Работа за цикл — площадь внутри петли на диаграмме

p(V)

. Направление обхода задаёт знак.

Как определить знак3

Обход по часовой стрелке — газ совершает работу, это тепловой двигатель.

Обход против часовой — работу совершают над газом, это холодильная машина.

За полный цикл $\Delta U = 0$ : система вернулась в исходное состояние. Значит $Q = A$ за цикл.

При адиабатном сжатии газ нагревается, а не остывает. Проверь на насосе: он заметно теплеет при накачке.

Разобранные примеры

Газу передали

500

Дж теплоты, он совершил работу

200

Дж. Найди изменение внутренней энергии.разбор

Первый закон термодинамики: $Q = \Delta U + A$ , где $A$ — работа, совершённая газом.
$\Delta U = Q - A = 500 - 200 = 300$ Дж.
Главная ловушка — знак работы. Если работу совершают НАД газом, она входит со знаком минус.

Ответ:

300

Дж