Первый закон термодинамики утверждает, что изменение внутренней энергии возможно только при наличии внешних воздействий. Другими словами, если системе будет сообщено определенное количество тепла и над ней будет совершена работа, то активность данного тела возрастет.
Первый закон термодинамики, определение которого является законом сохранения энергии, применяется только к системам, имеющим макроскопические размеры. Он является математическим выражением первого начала науки, изучающей общие свойства систем. Это и есть термодинамика.
Состояние системы может быть изменено при помощи двух абсолютно различающихся между собой способов. Первый из них связан с действием по перемещению окружающих тел на расстояния, которые определяют как макроскопические. Также возможна работа находящихся в непосредственной близости предметов над системой. Второй способ связан с передачей или отводом тепловой энергии. В данном случае окружающие систему тела не изменяют своего расположения.
Первый закон термодинамики утверждает, что начальные и конечные величины тепловой энергии и работы служат характеристиками того процесса, который совершается над рассматриваемым веществом. В том случае, когда система совершает замкнутый цикл, возвращаясь к первоначальному состоянию, величина температурного воздействия будет аналогична работе, которую тело произведет.
Первый закон термодинамики позволяет сделать вывод о том, что существует понятие внутренней энергии. Она является характеристикой состояния системы. Вероятны случаи, когда внутренняя энергия изолированного тела остается неизменной. При этом теплообмен происходит только между веществами, находящимися внутри системы. Тогда та величина тепла, которая оттекает от охлаждающихся тел, равна его количеству, притекающему к телам нагреваемым. Общая внутренняя энергия замкнутой системы при этом является неизменной. Это состояние представляет собой тепловой баланс.
Если системе передается определенное количество энергии, то внутренняя активность тела принимается как положительная величина, а при обратных процессах – как отрицательная.
Первый закон термодинамики химия применяет также в своих исследованиях. Считается, что внутренняя энергия сохраняется в кинетическом состоянии. Ее выражением являются перемещения ионов, атомов и молекул. Кроме этого, энергия системы хранится во внутриядерных силах и химических связях. Абсолютную величину активности вещества определить невозможно. В связи с этим устанавливается ее изменение, связанное с конкретным процессом.
Первый закон термодинамики в химии рассматривает работу в качестве расширения вещества. Ее действие направлено в противовес внешнему атмосферному давлению. Положительное значение такой работы означает, что система увеличивает свою внутреннюю энергию. При отрицательной величине происходит потеря.
Работа, а также тепло не относится к свойствам системы. Эти параметры служат для характеристики взаимодействия вещества с окружающей его средой. Работа при этом служит количественным выражением передачи движения молекул, являющимся упорядоченным, а теплота – эквивалентом хаотического перемещения. Особенно ярко это проявляется в химических реакциях. Если процесс не вступил в свою начальную стадию или уже завершился, невозможно утверждать о наличии в системе работы и теплоты. Во время химической реакции производится перегруппировка всех атомов. При этом одни связи разрушаются, а другие образуются. В результате происходит изменение внутреннего состояния системы и ее энергии. Эти преобразования служат причиной оттока тепла от вещества в окружающую его среду.
Согласно первому началу термодинамики, работа любого механизма обеспечивается за счет определенного количества тепла, которое должно быть получено извне, либо за счет снижения его внутренней энергии. Таким образом, старания многих изобретателей, пытающихся сконструировать вечный двигатель, были изначально обречены на провал.
