Первое начало термодинамики

Закон сохранения энергии применительно к тепловым процессам.

Первое начало термодинамики: количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение работы газом.

Это закон сохранения энергии в мире тепла. Если газу передать теплоту, она частично нагреет газ (увеличит внутреннюю энергию), а частично пойдёт на работу — например, поднимет поршень.

Формула

$$ \Delta U = Q - A $$

где $\Delta U$ — изменение внутренней энергии, $Q$ — переданная теплота (положительна, если газ нагревают), $A$ — работа, совершённая газом. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа: $U = \frac{3}{2} n R T$.

Применение к изопроцессам

При изотермическом процессе ($\Delta U = 0$): вся теплота идёт в работу, $Q = A$. При изохорном ($A = 0$, объём не меняется): вся теплота меняет внутреннюю энергию, $Q = \Delta U$. При адиабатном ($Q = 0$): газ совершает работу за счёт внутренней энергии.

Как решать задачи

Задача: «Газу передали 500 Дж теплоты, при этом он совершил работу 200 Дж. На сколько изменилась внутренняя энергия?»

Q = 500.0
A = 200.0
dU = Q - A
print("Изменение внутренней энергии:", dU, "Дж")

Вывод:

Изменение внутренней энергии: 300.0 Дж

Частые ошибки

Путать знаки: $A$ — работа газа; если работу совершают над газом, она отрицательна.
Считать, что при изотермическом процессе теплота не подводится (на самом деле $Q = A$).
Применять $U = \frac{3}{2}nRT$ к многоатомным газам без поправки.

Итоги

$\Delta U = Q - A$ — первое начало термодинамики.
Изохорный процесс: $Q = \Delta U$; изотермический: $Q = A$.
Это закон сохранения энергии для тепловых явлений.