Предметом исследования термодинамики является энергия во всех ее проявлениях и, самое главное, переходы энергии из 1-го вида в другой. Так сложилось, что сам термин появился на заре исследований в области энергии, а тогда список разных видов энергии был еще маленькой – механическая и термическая. Потому, заглавие «термодинамика» более точно отражало суть предмета – движение (передача) и преобразование тепла в механическую работу и напротив. Равномерно появились понятия, характеризующие термические процессы: теплота плавления, теплоемкость и, наконец, единица измерения количества тепла – калория(1772 г., М.Вильке). Пройдет много времени и будет сформулировано 1-ое начало термодинамики, но каждый шаг был результатом тщательного труда многих исследователей.

Для исследования законов термодинамики приняты некие условности, дозволяющие выделить исследуемый предмет и конкретизировать его характеристики, подлежащие исследованию. Исследуемые объекты представляются замкнутыми системами из большущего числа частиц. Если в системе можно найти границы некого объема, то ее именуют телом. Вот так и появился главный участник термодинамического действа: система частиц, заключенная в некотором объеме – безупречный газ. В процессе энергетических преобразований термодинамическая система изменяет свое состояние, и эти конфигурации описываются набором понятий – характеристик процесса. Если в качестве характеристик взять температуру T, объем V и давление P, то их довольно для описания хоть какого термодинамического процесса. Все системы рассматриваются только для сбалансированных состояний. Установление равновесия, к примеру, термического, —  это процесс теплопередачи – что-то остывает, а что-то греется. При всем этом количества «дал – получил», как утверждает 1-ое начало термодинамики, будут однообразные. И вот тут кроется основная задачка, которую веками решают ученые: поиск участников энергетического обмена и определение их роли в процессе.

Базу теоретического аппарата термодинамики составляют 3 закона. При всем этом считается, что тело может всасывать энергию, увеличивая свою внутреннюю, (к примеру, при обогреве) и/либо за счет собственной внутренней энергии совершать работу по преодолению наружных сил (к примеру, выталкивая поршень). Исходя из этого, 1-ое начало термодинамики трактуется последующим образом: изменение внутренней энергии тела U есть сумма поглощенной им энергии Q и энергии наружных сил A. Математически это выражается через нескончаемо малые конфигурации последующим образом:

dU = dQ +dA (1)

Практически это закон сохранения энергии, можно сказать, закон бытия.

Особенности термодинамических процессов обычно рассматривают на модели, где рабочим телом берут безупречный газ, который можно нагревать и/либо совершать над ним механическую работу наружными силами (сжатие – расширение) с помощью поршня, а один из характеристик — давление P, объем V либо температура T — равен константе. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам позволяет найти источники-приемники энергии для определенных критерий.

Изохорный процесс значит, что V=const. Следствием того, что механическая работа отсутствует, т.к. объем не меняется, за счет нагрева измененяется только внутренняя энергия, тогда и: dA=pdV=0, а означает dU = dQ и найти ее можно из соотношения:

dQ=(m/M) *CV * dT (2)

Таким макаром, изохорный процесс обоснован приростом температуры.

Изобарный процесс подразумевает p=const, а это условие производится, если рабочее тело при нагреве делает механическую работу, к примеру, перемещение поршня. Если попеременно применить выражения для энергии нагрева и уравнение Менделеева-Клайперона, то можно просто получить выражение для вычисления механической работы газа:

A = (m/M) * R * (T2 – T1) (3)

R – газовая неизменная, и значит работу по повышению объема газа в количестве один моль, если температура поменяется на один градус Кельвина. Вывод: при изобарном процессе газ пополнится энергией нагрева (2) и расходует часть возросшей внутренней энергии на расширение (3).

Процесс, в каком T=const, в термодинамике именуется изотермическим. Его сущность в том, что приобретенная за счет нагрева внутренняя энергия стопроцентно расходуется на работу по преодолениию наружных сил. 1-ое начало термодинамики для изопроцессов гласит о том, что для сохранения постоянной температуры тела его внутренняя энергия восполняет издержки на выполнение механической работы и находится в зависимости от конфигурации давления. Высчитать эти энерго издержки можно из выражения:

Q = A = (m/M)* R*T* (ln(p1/p2)).