Количество теплоты
Количество теплоты
Согласно первому началу термодинамики теплота, подводимая к системе, может идти на увеличение внутренней энергии системы и на совершение работы А по преодолению внешних сил («внешняя работа»):
Q = ΔU + A
Величина Q измеряет количество теплоты, подведенной к системе. ΔU может включать в себя изменение различных видов энергии: и увеличение кинетической энергии разного характера движения молекул (поступательного, вращательного, колебательного), и увеличение энергии связи между молекулами. Сюда же могут входить и энергия диссоциации, и энергия изменения квантового состояния системы.
В зависимости от характера процесса соотношение между ΔU и А может быть различным. Так, при изотермическом (т. е. при постоянной температуре) расширении идеального газа все подводимое количество теплоты расходуется на совершение работы, а при изохорическом (при постоянном объеме) его нагревании, наоборот, работа равна нулю и подведенная теплота идет только на увеличение внутренней энергии. При фазовых превращениях, происходящих при постоянной температуре, значительная часть количества теплоты идет также на увеличение внутренней энергии, а работа при этом в отдельных случаях может даже иметь отрицательный знак (плавление льда).
Разделяя физические величины на функции состояния и так называемые «переходные», т.е. характеризующие процесс перехода из одного состояния в другое, мы должны количество теплоты, как и работу, отнести к последним. При этом в зависимости от направления процесса количество теплоты Q может быть как положительным, так и отрицательным.
Размерность количества теплоты
Уравнение Q = ΔU + A показывает, что количество теплоты может измеряться в тех же единицах, в которых измеряется любая энергия и любой вид работы, в частности механической. Поэтому размерность количества теплоты
[Q] = L²·M·T−²
та же, что и размерность работы, и такими же, как и для измерения работы, должны быть и единицы количества теплоты. Соответственно в СИ количество теплоты измеряется единицей работы и энергии — джоулем. Джоуль равен количеству теплоты, эквивалентному работе один джоуль.
Сохраняющееся до настоящего времени применение калории (в качестве единицы количества теплоты) и связанных с ней величин следует рассматривать как временное, которое должно уступить применению общих единиц работы.
«Количество холода»
В холодильной технике раньше пользовались понятием «количество холода», которое представляет собой, по существу, количество теплоты, могущее быть отнятым холодильной установкой от охлаждаемой среды. Единица «количества холода» — фригория, численно равна одной килокалории, но по смыслу имеет обратный знак. Можно говорить, что одна фригория равна минус одной килокалории.
