Первое начало термодинамики (№2)
Первое начало термодинамики — это закон сохранения энергии для термодинамической системы.
Зная, что такое работа, теплота и энергия в термодинамике, мы сможем дать точную формулировку первого начала термодинамики. Фактически, исходя из него, можно прийти к определению теплоты (но само определение не зависит от закона сохранения энергии!).
Изменение внутренней энергии закрытой системы ΔU происходит за счет того, что система поглощает теплоту Q и совершает работу A:
ΔU = Q — A.
А как быть, если система открыта, т. е. по крайней мере, часть стенок воображаемая? Это означает, что количество частиц N в системе непостоянно — допустимы потоки вещества сквозь стенки. В этом случае внутренняя энергия может изменяться и без совершения работы или получения теплоты, а только за счет изменения числа частиц N.
Введем новую термодинамическую величину μ — химический потенциал, равный, по определению:
μ = dU / dN. [dA = 0; dQ = 0]
Термин «химический» возник исторически — в химических реакциях число частиц обычно не сохраняется. Первые открытые термодинамические системы рассматривались в термохимии.
Смысл этой величины понятен: это изменение внутренней энергии системы U при удалении из нее одной частицы. Удалять (или добавлять) частицу надо так, чтобы система не совершала работы (dA = 0) и не получала теплоты (dQ = 0). С использованием химического потенциала можно сформулировать первое начало термодинамики для открытых систем:
изменение внутренней энергии открытой системы ΔU происходит за счет того, что система поглощает теплоту Q, совершает работу A и теряет N частиц:
ΔU = Q — A — μN.
Применимо к финансовым аналогам, можно сказать, что химический потенциал — это нарицательная стоимость ценных бумаг — частиц, хранящихся в системе, которые некие «химики» (без всяких затрат!) извлекают сквозь воображаемые стенки системы.
Вечный двигатель, сконструированный в XX в., так же как и двигатель, сделанный в 1834 г., не работает
