Ջերմադինամիկայի առաջին օրենք

**Ջերմադինամիկայի առաջին օրենք**, թերմոդինամիկայի երեք հիմնական օրենքներից մեկը, էներգիայի պահպանման օրենքը թերմոդինամիկական համակարգի համար։

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը ձևակերպվել է 19-րդ դարի կեսին Յուլիուս Մեյերի, Ջեյմս Ջոուլի և Հերման Հելմհոլցի աշխատանքների արդյունքում։ Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի համաձայն՝ թերմոդինամիկական համակարգը կարող է աշխատանք կատարել միայն իր ներքին էներգիայի կամ էներգիայի որևէ արտաքին աղբյուրների հաշվին։ Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը հաճախ ձևակերպվում է որպես առաջին սեռի հավերժական շարժիչի գոյության անհնարինություն։ Առաջին սեռի հավերժական շարժիքը աշխատանք պիտի կատարեր՝ առանց որևէ աղբյուրից էներգիա սպառելու։

## Ձևակերպում
Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի մի քանի համարժեք ձևակերպումներ կան․

Ցանկացած մեկուսացված համակարգում էներգիայի պաշարը մնում է հաստատուն։ Սա Ջոուլի ձևակերպումն է (1842 թ․)։ 

Համակարգի ստացած ջերմաքանակը ծախսվում է նրա ներքին էներգիայի փոփոխության և արտաքին ուժերի դեմ աշխատանք կատարելու վրա։

Համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխությունը մի վիճակից մյուսին անցնելիս հավասար է արտաքին ուժերի աշխատանքի և համակարգին հաղորդված ջերմաքանակի գումարին, այսինքն՝ կախված է միայն համակարգի սկզբնական ու վերջնական վիճակներից և կախված չէ այդ անցումն իրականացնելու եղանակից։ ԱՅս սահմանումը հատկապես կարևոր է քիմիական թերմոդինամիկայի համար (դիտարկվող պրոցեսների բարդության պատճառով։ Այլ կերպ ասած, *ներքին էներգիան վիճակի ֆունկցիա է*։ Ցիկլիկ պրոցեսում ներքին էներգիան չի փոփոխվում։

\oint dU = 0 ։



Համակարգի լրիվ էներգիայի փոփոխությունը քվազիստատիկ պրոցեսում հավասար է համակարգին հաղորդված Q ջերմաքանակի, \mu քիմիական պոտենցիալով N նյութի քանակի հետ կապված էներգիայի փոփոխության և արտաքին ուժերի ու դաշտերի կողմից կատարված A' աշխատանքի գումարին, հանած համակարգի կողմից արտաքին ուժերի դեմ կատարված Aաշխատանքը․

\Delta U = Q - A + \mu\Delta N + A'։


\delta Q տարրական ջերմաքանակի, \delta A տարրական աշխատանքի և dU ներքին էներգիայի փոքր աճի համար թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը ընդունում է հետևյալ տեսքը․

dU=\delta Q-\delta A+\mu dN+\delta A'։

Աշխատանքի տարաբաժանումը երկու մասի, որոնցից մեկը նկարագրում է համակարգի վրա կատարված աշխատանքըմ իսկ մյուսը՝ հենց համակարգի կատարած աշխատանքը, ընդգծում է, որ այդ աշխատանքները կարող են կատարվել տարբեր բնույթի ուժերով տարբեր ուժերի աղբյուրների հետևանքով։

dU-ն և dN-ն լրիվ դիֆերենցիալներ են, իսկ \delta A-ն ու \delta Q-ն՝ ոչ։

## Նշանների կանոնը ջերմության և աշխատանքի համար
Գիտական և ուսումնական գրականության մեջ կարելի է հանդիպել թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի ձևակերպման տարբերակների, որոնք տարբերվում են Q-ից և A-ից առաջ + կամ - նշաններով։ Այս տարբերությունները պայմանավորված են «աշխատանքի և ջերմության համար նշանների կանոններ» կոչվող համաձայնությամբ։ Ըստ IUPAC-ի հանձնարարականների՝ փակ համակարգում հավասարակշիռ պրոցեսի համար առաջին օրենքը գրվում է հետևյալ առնչության տեսքով․

Այս արտահայտության մեջ օգտագործված է *ջերմության և աշխատանքի համար IUPAC-ի նշանների կանոնը*,երբ նշանները U-ից, Q-ից և A-ից առաջ համընկնում են, դրական է համարվում համակարգին տրված ջերմությունը և համակարգի վրա կատարած աշխատանքը, իսկ բացասական՝ համակարգից խլված ջերմությունը և համակարգի կատարած աշխատանքը։ IUPAC-ի նշանների համակարգը մտապահելու համար մնեմոնիկական «էգոիստական» կանոնը․ դրական է այն, ինչը մեծացնում է համակարգի ներքին էներգիան։

## Մասնավոր դեպքեր
Դիտարկենք մի քանի մասնավոր դեպքեր․

# Եթե \delta Q > 0, ապա համակարգին *հաղորդվում է* ջերմություն,
# Եթե \delta Q , *վերցրվում է*,
# Եթե \delta Q = 0, ապա համակարգը ջերմափոխանակություն չի անում շրջակա միջավայրի հետ հետևյալ պատճառներից մեկով․ կամ գտնվում է թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում շրջակա միջավայրի հետ, կամ ադիաբատ մեկուսացված է։

Վերջավոր 1 \to 2 պրոցեսում տարրական ջերմաքանանակը կարող է ցանկացած նշանի լինել։ Ընդհանուր ջերմաքանակը, որը նշանակել ենք Q, պրոցեսի բոլոր մասերում հաղորդված ջերմաքանակների հանրահաշվական գումարն է։ Պրոցեսի ընթացքում ջերմությունը կարող է մտնել համակարգ կամ դուրս գալ համակարգից տարբեր եղանակներով։

Համակարգի վրա կատարված աշխատանքի և էներգիա-նյութ հոսքի բացակայության դեպքում, երբ \delta A'=0, \delta Q=0, dN=0, համակարգի կատարած \delta A աշխատանքը հանգեցնում է նրան, որ \Delta U, և համակարգի U էներգիան նվազում է։ Քանի որ U ներքին էներգիայի պաշարը սահմանափակ էր, ապա պրոցեսը, որում համակարգը անվերջ երկար ժամանակ աշխատանք է կատարում առանց դրսից էներգիա հաղորդելու, հնարավոր չէ, ինչն էլ արգելում է առաջին սեռի հավերժական շարժիչների գոյությունը։
Թերմոդինամիկայի առաջին սկզբունքը․
* իզոբար պրոցեսի դեպքում․

:Q = \Delta U + A = \Delta U + p\Delta V,

* իզոխոր պրոցեսի դեպքում (A=0)․

:Q = \Delta U = {m\over M} C_V\Delta T,

* իզոթերմ պրոցեսի դեպքում (\Delta U=0)․

:Q = A = {m\over M} R T \ln{V_2\over V_1}։

Այստեղ \ m-ը գազի զանգվածն է, \ M-ը՝ մոլային զանգվածը, \ C_V-ն՝ մոլային ջերմունակությունը հաստատուն ծավալի դեպքում, \ p, V, T-ն՝ համապատասխանաբար գազի ճնշումը, ծավալը և ջերմաստիճանը, ընդ որում վերջին հավասարությունը ճիշտ է միայն իդեալական գազի համար։

## Տես նաև
* Թերմոդինամիկայի զրոերորդ օրենք
* Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենք
* Թերմոդինամիկայի երրորդ օրենք

## Ծանոթագրություններ

## Գրականություն
* The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 44: The Laws of Thermodynamics
* 
* 
* 
* 

Կատեգորիա:Ջերմադինամիկայի օրենքներ