ГЛАВА 20. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ГАЗА. ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССАХ. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

И при сжатии, и при расширении газа внешние силы, действующие на поршень, совершают над ним работу A′ (в первом случае положительную, во втором отрицательную). Если считать, что поршень перемещается бесконечно медленно¹, то силы, действующие на него со стороны газа, и внешние силы практически равны друг другу как при сжатии, так и при расширении газа. Поэтому работа, совершенная газом и внешними силами над газом равны по величине, но отличаются знаком²

Очевидно, работа газа положительна, если газ расширяется, и отрицательна, если газ сжимается. Для внешних сил — наоборот. Первый закон термодинамики, выраженный через работу внешних сил A′, имеет вид

В связи с первым законом термодинамики часто используют следующую терминологию и систему обозначений (часть из них нами уже использована). Внутренняя энергия газа однозначно определяется его состоянием. Действительно, если состояние газа задано, то есть задана его температура, то внутренняя энергия может быть определена по формуле (20.2) (или аналогичной формуле с другим коэффициентом, если газ не одноатомный). Это значит, что внутренняя энергия является, как говорят, функцией состояния. Поэтому имеет смысл говорить о приращении этой величины в некотором процессе, как разности значений внутренней энергии в конечном и начальном состояниях этого процесса

Что касается количества теплоты и работы, то эти величины функциями состояния не являются. Действительно, бессмысленно говорить о количестве теплоты или работе газа в каком-то состоянии, поскольку эти величины зависят от того, с помощью какого процесса газ пришел в это состояние.

¹ Как правило, в термодинамике рассматривают именно такие процессы, в противном случае в балансе энергии нужно учитывать кинетическую энергию поршня.

² В этой связи отметим, что в термодинамике иногда используются следующие обозначения: работа газа обозначается как A, работа внешних сил над газом — как A′. Нам кажется, что лучше такие обозначения не использовать — все равно забудешь, у какой работы надо ставить штрих. Необходимо понимать разницу между этими величинами, а при чтении условий задач или при проведении термодинамических рассуждений отдавать себе отчет, о какой работе в каждом случае идет речь.