Первое начало термодинамики

Пе́рвое нача́ло термодина́мики, один из основных законов термодинамики, обобщающий закон сохранения энергии (установленный ранее для механических систем) на процессы, связанные с передачей теплоты. Впервые сформулировано Ю. Р. фон Майером в 1841 г., доказано экспериментально Дж. Джоулем в 1843–1850 гг. Всеобщий характер закона сохранения энергии математически обосновал Г. Гельмгольц в 1847 г. Одна из формулировок первого начала термодинамики: не существует вечного двигателя 1-го рода, т. е. такого, который совершает работу без потребления энергии из какого-либо источника.

Первое начало термодинамики устанавливает связь между изменением внутренней энергии ${\displaystyle U}$ системы, работой ${\displaystyle A,}$ которую система совершает против внешних сил, и количеством теплоты ${\displaystyle Q,}$ получаемым системой из окружающей среды: ${\displaystyle U_{2}-U_{1}=-A+Q}$. Здесь ${\displaystyle A}$ и ${\displaystyle Q}$ – измеряемые величины, ${\displaystyle U_{1},U_{2}}$ – внутренняя энергия начального и конечного состояний системы. Внутренняя энергия ${\displaystyle U}$ является функцией состояния и зависит только от разности ${\displaystyle Q-A,}$ но не от каждой из этих величин.

Первое начало термодинамики для бесконечно малых изменений состояния системы формулируется в дифференциальном виде: ${\displaystyle dU=-dA+dQ}$. Если система однородна (газ, жидкость) и её силовое взаимодействие с окружающей средой обусловлено только давлением ${\displaystyle p,}$ то ${\displaystyle dA=pdV,}$ где ${\displaystyle V}$ – объём системы. Соответственно, ${\displaystyle dU=-pdV+dQ}$.

На основе первого и второго начал термодинамики создан эффективный математический аппарат для исследования термодинамических свойств веществ.