Существует две формы передачи энергии от одних тел к другим — это совершение работы одних тел над другими и передача теплоты. Энергия механического движения может переходить в энергию теплового движения и наоборот. В таких переходах энергии выполняется закон сохранения энергии. В применении к процессам, рассматриваемым в термодинамике, закон сохранения энергии именуется первым законом (или первым началом) термодинамики. Этот закон является обобщением эмпирических данных.
Первый закон термодинамики формулируют следующим образом:
Количество теплоты, которое подводится к системе, расходуется на совершение данной системой работы (против внешних сил) и изменение ее внутренней энергии. В математическом виде первый закон термодинамики можно записать в интегральном виде:
где - количество теплоты, которое получает термодинамическая система; - изменение внутренней энергии рассматриваемой системы; A - работа, которую выполняет система над внешними телами (против внешних сил).
В дифференциальном виде первый закон термодинамики записывают как:
где - элемент количества теплоты, который получает система; - бесконечно малая работа, которую выполняет термодинамическая система; - элементарное изменение внутренней энергии, рассматриваемой системы. Следует обратить внимание на то, что в формуле (2) - элементарное изменение внутренней энергии является полным дифференциалом, в отличие от и .
Количество теплоты считают положительным, если система тепло получает и отрицательным, если тепло отводится от термодинамической системы. Работа будет больше нуля, если ее совершает система, и работа будет считаться отрицательной, если она совершается над системой внешними силами.
В то случае, если система вернулась в первоначальное состояние, то изменение ее внутренней энергии будет равно нулю:
В таком случае в соответствии с первым законом термодинамики мы имеем:
Выражение (4) означает, что невозможен вечный двигатель первого рода. То есть, принципиально нельзя создать периодически действующую систему (тепловой двигатель), совершающую работу, которая была бы больше, чем количество теплоты, полученное системой извне. Положение о невозможности вечного двигателя первого рода, также является одним из вариантов формулировки первого закона термодинамики.
ПРИМЕР 1
| Задание | Какое количество теплоты (), передано идеальному газу, имеющему объем V в процессе изохорного нагрева, если его давление изменяется на величину ? Считайте, что число степеней свободы молекула газа равно i. |
| Решение | Основой для решения задачи является первый закон термодинамики, который мы будем использовать в интегральном виде:
Так как по условию задачи процесс с газом проводят изохорный (), то работа в данном процессе равна нулю, тогда первое начало термодинамики для изохорного процесса получит вид: Изменение внутренней энергии определяют при помощи формулы:
где i - число степеней свободы молекулы газа; - количество вещества; R - универсальная газовая постоянная. Так как нам не известно, как изменяется температура газа в рассматриваемом процессе, то используем уравнение Менделеева - Клапейрона для того, чтобы найти : Выразим из (1.4) температуру, запишем формулы для двух состояний рассматриваемой системы: Используя выражения (1.5) найдем : Из выражений (1.3) и (1.6) следует, что для изохорного процесса изменение внутренней энергии можно найти как: А из первого начала термодинамики для нашего процесса (при ), имеем, что:
|
| Ответ |  |
ПРИМЕР 2
| Задание | Найдите изменение внутренней энергии кислорода (), работу совершенную им (A) и полученное количество теплоты () в процессе (1-2-3), который указан на графике (рис.1). Считайте, что м 3 ; 100 кПа; м 3 ; кПа.
|
| Решение | Изменение внутренней энергии не зависит от хода процесса, так как внутренняя энергия является функцией состояния. Она зависит только от конечного и начального состояний системы. Поэтому можно записать, что изменение внутренней энергии в процессе 1-2-3, равно:
где i - число степеней свободы молекулы кислорода (так как молекула состоит из двух атомов, то считаем ), - количество вещества, . Разность температур можно найти, если использовать уравнение состояния идеального газа и посмотреть на график процессов: |
Одна из характерных черт термодинамического рассмотрения явлений заключается в выделении из множества тел, находящихся во взаимодействии, одного тела, которое называют исследуемой системой, остальные же тела называют внешней средой или внешними телами. В таком методе все внимание уделяется выделенной системе, ее геометрические границы часто выбираются условными и такими, чтобы они были удобными для решения рассматриваемой задачи. Система принимается покоящейся, поэтому энергетические изменения в ней сводятся полностью к изменению ее внутренней энергии. Взаимодействие с внешними телами устанавливается в наиболее общей форме: между системой и внешними телами возможна передача энергии в форме теплоты и работы.
На рисунке 2.5 схематически изображена исследуемая система и внешние тела II и III. Система помещена в цилиндр с дном и подвижным поршнем А А. Пусть стенки и поршень цилиндра адиабатические, дно же цилиндра теплопроницаемо. Тогда, очевидно, выбранная система I находится с телом II в тепловом контакте (с этим телом возможен теплообмен), с телом же III - в механическом контакте (с этим телом возможен энергообмен через работу, совершаемую при перемещениях поршня). На рисунке стрелками показано, что от тела II элементарное количество теплоты поступает в систему, система же, производя элементарную работу над телом III, передает ему энергию. В результате происходит изменение
внутренней энергии системы Согласно схеме, изображенной на рисунке 2.5,
Записанное уравнение выражает собой первое начало термодинамики: количество теплоты, полученное системой от окружающих тел, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы над внешними телами.
Нужно иметь в виду, что величины являются алгебраическими, принято считать, что если система получает эту теплоту, и если система совершает работу над внешними телами, передавая им энергию. При истолковании уравнения (17.1) для простоты говорилось, что это полученная теплота совершенная работа Но в общем случае тело может отдавать теплоту, тогда или получать энергию через работу
В системе, заключенной в адиабатическую оболочку, процессы не сопровождаются теплообменом с окружающими телами; такие процессы называются адиабатическими. Для адиабатических процессов и согласно Последнее выражение означает следующее: работа в адиабатическом процессе происходит за счет убыли внутренней энергии. Если (внешние тела совершают работу над системой), то (внутренняя энергия системы увеличивается).
Если оболочка системы жесткая (механическая изоляция), то механическая работа при всяких изменениях в системе равна нулю. Такие процессы называются изохорическими (изохорными), для них Таким образом, при изохорических изменениях системы ее внутренняя энергия изменяется только за счет подводимой или отводимой теплоты.
Следует отметить еще одну особенность уравнения (17.1): есть дифференциал внутренней энергии исследуемого тела, величины же представляют собой элементарные (малые) значения теплоты и работы; (см. рис. 2.5) - элементарное количество теплоты, переданное от тела II телу работа тела I над телом III. Тело II при этом может обмениваться энергией еще с рядом других тел, именно поэтому не может в общем случае быть дифференциалом энергии второго тела. Для исследуемой системы есть часть и поэтому также не может быть полным дифференциалом какой-либо функции состояния исследуемой системы. Не является полным дифференциалом и элементарная работа определяющая обмен энергией между системой и третьим телом.
При определении конечного изменения состояния системы, обусловленного ее переходом из состояния 1 в состояние 2, выражение
(17.1) интегрируют по линии перехода или, что то же самое:
Последним равенством выражают первое начало термодинамики для конечных изменений системы. Согласно изложенному выше - это конечные значения теплоты и работы (но не приращения чего-либо), величина же есть приращение внутренней энергии.
Как указывалось ранее (§ 16, 13), не зависит, а зависит от вида процесса (от пути перехода системы из начального состояния в конечное). В связи с этим из уравнения (17.2) следует, что также зависит от вида процесса.
Если при изменении состояния системы происходит изменение ее температуры на то, деля (17.2) на получим:
Отношение - определяет теплоемкость системы. Переходы между двумя состояниями могут происходить так, что изменение температуры будет одним и тем же, однако величины для различных переходов будут различными (при различных работах Отсюда следует, что теплоемкость системы (17.3) также будет зависеть от вида процесса.
Внутренняя энергия U термодинамической системы может быть изменена двумя способами: при совершении механической работы и при помощи теплообмена. Если оба способа задействованы одновременно, то можно записать
\(~\Delta U = Q - A \) или \(~Q = \Delta U + A .\)
Эта формула выражает первое начало термодинамики .
Если вместо работы A системы над внешними телами ввести работу внешних сил A " (А = –A "), то первое начало термодинамики можно переписать так:
\(~\Delta U = Q + A" .\)
Первое начало термодинамики является обобщением закона сохранения энергии для механических и тепловых процессов. Например, рассмотрим процесс торможения бруска на горизонтальной поверхности под действием силы трения. Скорость бруска уменьшается, механическая энергия «исчезает». Но при этом трущиеся поверхности (брусок и горизонтальная поверхность) нагреваются, т.е. механическая энергия превращается во внутреннюю.
Объем не изменяется: V = const. Следовательно, ΔV = 0 и А = –A " = 0, т.е. никакой механической работа не совершается. Первое начало термодинамики будет иметь вид:
\(~Q = \Delta U.\)
Температура газа не изменяется: Τ = const. Следовательно, ΔT = 0 и ΔU = 0. Первое начало термодинамики будет имеет вид:
\(~Q = A.\)
Давление не изменяется: p = const. При расширении газ совершает работу Α = p ⋅ΔV и нагревается, т.е. изменяется его внутренняя энергия.
Первое начало термодинамики будет имеет вид:
\(~Q = A + \Delta U .\)
Адиабатный процесс - это процесс, происходящий без теплообмена системы с окружающей средой, т.е. Q = 0.
Такие процессы происходят при хорошей теплоизоляции системы либо при быстрых процессах, когда теплообмен практически не успевает произойти. Первое начало термодинамики будет имеет вид:
\(~\Delta U + A = 0\) или \(A = -\Delta U .\)
Если А > 0 (ΔV > 0 газ расширяется), то ΔU < 0 (газ охлаждается), т.е.
Охлаждение воздуха при адиабатном расширении вызывает, например, образование облаков.
Если А < 0 (ΔV < 0 газ сжимается), то ΔU > 0 (газ нагревается), т.е.
Это используется, например, в дизельных двигателях, где при резком сжатии воздуха температура повышается настолько, что воспламеняются пары топлива в двигателе.
Адиабатное изменение состояния газа можно выразить графически. График этого процесса называют адиабатой . При одних и тех же начальных условиях (p 0 , V 0) при адиабатном расширении давление газа уменьшается быстрее, чем при изотермическом (рис. 1), так как падение давления вызвано не только увеличением объема (как при изотермическом расширении), но и понижением температуры. Поэтому адиабата идет ниже изотермы и газ при адиабатном расширении совершает меньшую работу, чем при изотермическом расширении.
Из первого начала термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя первого рода , т.е. такого двигателя, который совершал бы работу без затраты энергии извне.
Действительно, если к системе не подводится энергия (Q = 0), то A = –ΔU и работа может быть совершена только за счет убыли внутренней энергии системы. После того как запас энергии окажется исчерпанным, двигатель перестанет работать.
Если система замкнута (работа внешних сил A " = 0) и теплоизолирована (Q = 0), то первое начало термодинамики будет иметь вид:
\(~\Delta U = 0 .\)
Если в такой системе имеются тела с различной температурой, то между ними будет происходить теплообмен: тела, у которых температура выше, будут отдавать энергию и охлаждаться, а тела с меньшей температурой будут получать энергию и нагреваться. Это будет происходить до тех пор, пока температуры у всех тел не станут одинаковыми, т.е. наступит состояние термодинамического равновесия. При этом
\(~Q_1 + Q_2 + \ldots + Q_n = 0 .\)
Первый закон термодинамики для замкнутой и адиабатически изолированной системы называют уравнением теплового баланс а:
При этом применяют следующее правило знаков :
В структуре гражданского общества традиционно выделяют следующие компоненты: признание и равная защита всех форм собственности; приоритет фундаментальных прав и свобод человека и гражданина; идеологическое и политическое многообразие, многопартийность; развитие всех форм самоуправления; свобода вероисповедания и формирование независимых СМИ .
Статья 8 Конституции РФ гарантирует единство экономического пространства, свободное перемещение товаров, услуг и финансовых средств, поддержку конкуренции, свободу экономической деятельности. Юридические гарантии обеспечения единства экономического пространства были установлены Указом Президента РФ от 12 декабря 1991 г. N 269 «О едином экономическом пространстве РСФСР», согласно которому должны признаваться недействительными акты органов власти и управления и решения должностных лиц, ограничивающих движение товаров, работ, услуг на внутреннем рынке страны. Принцип свободного передвижения товаров, услуг и финансовых средств по всей территории России закреплен в п. 3 ст. 1 Гражданского кодекса РФ, согласно которому ограничения могут вводиться только федеральным законом и только тогда, когда это необходимо для обеспечения безопасности, защиты жизни и здоровья людей, охраны природы и культурных ценностей. Свободное перемещение товаров, услуг и финансовых средств подтверждено ч. 1 ст. 74 Конституции РФ и означает, что их движение не должно наталкиваться на таможенные барьеры, ограничиваться введением каких-либо пропусков или разрешений на ввоз и вывоз, других препятствий. Речь идет о свободной торговле и банковской деятельности, без чего невозможна экономическая интеграция.
Большое влияние на изменения экономических отношений оказывают постановления Конституционного Суда РФ.
Так, в соответствии со ст. 217 ГК РФ имущество, находящееся в государственной или муниципальной собственности может быть передано в собственность граждан и юридических лиц, в порядке, предусмотренном законом о приватизации. В Федеральном законе от 21 июля 1997 г. N 123-ФЗ «О приватизации государственного имущества и об основах приватизации муниципального имущества в Российской Федерации» законодатель посчитал возможным равным образом связать такое «преобразование отношений собственности» как с целями повышения эффективности экономики, так и ее социальной ориентации. Своеобразным подтверждением несостоятельности такого сочетания стал запрос Высшего Арбитражного Суда РФ в Конституционный Суд РФ. В принятом по делу постановлении от 25 июля 2001 г. N 12-П Конституционный Суд РФ отнес лиц, получающих имущество в процессе приватизации государственной или муниципальной собственности, к числу законных владельцев, осуществляющих свои права наряду с частными собственниками. Главное, по мнению Конституционного Суда РФ, чтобы на этапе подведения итогов выполнения инвестиционных и социальных условий конкурса соблюдался баланс интересов (публичных и частных) сторон по договору и исключена односторонняя оценка реальных результатов.
Согласно ст. 209 ГК РФ собственнику принадлежат права владения, пользования и распоряжения своим имуществом. В данной статье раскрывается положение, характеризующее право собственности. Но в Гражданском кодексе, как и в другом ином законе не дается общее понятие права собственности. Между тем контуры данного права и его место в общей системе гражданских прав, предусмотренных гражданским законодательством, должны быть определены достаточно точно. Право собственности является основополагающим правом, оказывающим влияние непосредственно или опосредованно по существу на все другие гражданские права.
Право собственности — совокупность правовых норм, закрепляющих, регулирующих и охраняющих состояние принадлежности (присвоенности) материальных благ конкретным лицам; один из центральных институтов гражданского права. По своему содержанию право собственности самое широкое из всех вещных прав: собственнику принадлежат права владения, пользования и распоряжения имуществом. Собственник вправе по своему усмотрению совершать в отношении принадлежащего ему имущества любые действия, не противоречащие закону и иным правовым актам и не нарушающие права и охраняемые законом интересы других лиц, в том числе отчуждать свое имущество в собственность другим лицам, передавать, им, оставаясь собственником, права владения, пользования и распоряжения имуществом, отдавать имущество в залог и обременять его другими способами, распоряжаться им иным образом (ст. 209 ГК) .
Принципы нормативного опосредования пользования правом на предпринимательскую деятельность находятся в неразрывной связи с аналогичными положениями, выдвигаемыми применительно к праву частной собственности. Именно такого рода связь показана Конституционным Судом РФ при разрешении вопроса о конституционности норм трудового права . Правоприменительная практика, с учетом ее оценки Конституционным Судом, основывалась на представлении о невозможности увольнения работника акционерного общества за совершение хищения имущества, принадлежащего АО. Суд указал на неконституционность такого подхода. Основываясь на конституционных принципах равной защиты всех форм собственности и справедливости, Суд обосновал принцип недопустимости дискриминации прав предпринимателей как работодателей и собственников в сфере трудовых отношений.
Конституционное положение о том, что никто не может быть лишен своего имущества иначе как по решению суда, касается частных собственников — физических и юридических лиц и принадлежащего им имущества, если оно не изъято из оборота. По смыслу приведенного положения ч. 3 ст. 35 Конституции РФ, конфискация имущества может быть применена к указанным частным собственникам — физическим и юридическим лицам лишь после того, как суд вынесет соответствующее решение. Статья 35 Конституции Российской Федерации, закрепляя гарантии охраны частной собственности законом и возможности лишения имущества не иначе как по решению суда, распространяет их как на сферу гражданско-правовых отношений, так и на отношения государства и личности в публично-правовой сфере.
Реализация имущественных прав осуществляется на основании общеправовых принципов неприкосновенности собственности и свободы договора, предполагающих равенство, автономию воли и имущественную самостоятельность участников гражданско-правовых отношений, недопустимость произвольного вмешательства кого-либо в частные дела. Ограничения права собственности, имущественных прав, а также свободы договора в гражданско-правовом обороте должны отвечать требованиям справедливости, быть соразмерным конституционно значимым целям защиты соответствующих прав и законных интересов и основываться на законе.
Арбитражно-процессуальное законодательство не всегда соответствует этим требованиям. Внешнее управление вводится определением арбитражного суда, если имеются достаточные основания полагать, что установлена реальная возможность восстановления платежеспособности должника.
Как следует из п. 1 ст. 1, п. 1 ст. 65, п. 3 ст. 67, ст.ст. 68-96 Федерального закона «О несостоятельности (банкротстве)» , такое вмешательство государства в гражданско-правовые отношения, осуществляемое в целях защиты прав и законных интересов других лиц (кредиторов), как таковое влечет определенные ограничения права собственности, свободного использования имущества, а также прав владения, пользования и распоряжения имуществом, свободы договора .
Из положений ст. 55 (ч. 3) Конституции РФ во взаимосвязи с ее ст.ст. 8, 34, 35, 130, 132 и 133 о равной защите всех форм собственности следует, что не только право частной собственности, но право собственности субъектов Российской Федерации и муниципальных образований может быть ограничено только лишь федеральным законом и лишь если это необходимо для защиты указанных конституционных ценностей и если такое ограничение является соразмерным, т.е. его характер соответствует тем конституционно защищаемым целям, ради которых оно вводится .
Согласно ст. 35 (ч. 3) Конституции РФ никто не может быть лишен своего имущества иначе как по решению суда. Раскрывая конституционно-правовой смысл понятию «имущество», использованного в данной статье, Конституционный Суд РФ пришел к выводу, что им охватываются не только право собственности, но и вещные права (постановления от 16 мая 2000 года и от 3 июля 2001 года ). Следовательно, ст. 35 (ч. 3) Конституции РФ гарантируется защита не только права собственности, но и таких имущественных прав, как право постоянного (бессрочного) пользования или пожизненно наследуемого владения земельным участком. Земельный участок является для землепользователя именно «своим имуществом» и как таковое не может быть изъят иначе как на основании судебного решения и лишь при условии предварительного и равноценного возмещения .
Данная конституционная гарантия, адресованная прежде всего собственникам, не может толковаться как отрицающая государственную защиту других признанных имущественных прав граждан и умаляющая в какой-либо мере возможности такой защиты для законных землепользователей .
С.А. Савченко,
кандидат юридических наук, доцент кафедры
гражданского права и процесса
Института государства и права
Тюменского государственного университета
─────────────────────────────────────────────────────────────────────────
*(1) «Гражданское общество» // Российская юридическая энциклопедия. М.: Издательский Дом ИНФРА-М, 1999. С. 639.
*(2) Утратил силу.
*(3) СЗ РФ. 2001. N 32. Ст. 3411.
*(4) Большой юридический словарь / Под ред. А.Я. Сухарева, В.Д. Зорькина, В.Е. Крутских. М.: ИНФРА-М, 1998. 790 с.
*(5) Постановление Конституционного Суда РФ от 17 декабря 1996 г. N 20-П по делу о проверке конституционности пунктов 2 и 3 части первой статьи 11 Закона Российской Федерации от 24 июня 1993 года «О федеральных органах налоговой полиции» (абзац третий п. 2 мотивировочной части).
*(6) Определение Конституционного Суда РФ от 8 февраля 2001 г. по жалобам ОАО «Дятьковский хрусталь», ОАО «Курский холодильник» и ОАО «Черепетская ГРЭС» на нарушение конституционных прав и свобод пунктом 8 части первой статьи 33 КзоТ Российской Федерации // СЗ РФ. 2001. N 14. Ст. 1429.
*(7) Федеральный закон от 26 октября 2002 г. N 127-ФЗ (с послед. изм. и доп.).
*(8) Постановление Конституционного Суда РФ от 6 июня 1999 г. N 9-П по делу о проверке конституционности положения абзаца третьего пункта 2 статьи 77 Федерального закона «О несостоятельности (банкротстве) в связи с жалобой открытого акционерного общества «Тверская прядильная фабрика» (п. 2, абзац второй п. 3, абзац первый п. 4 мотивировочной части).
*(9) Постановление Конституционного Суда РФ от 3 июля 2001 года N 10-П по делу о проверке конституционности отдельных положений подпункта 3 пункта 2 статьи 13 Федерального закона «О реструктуризации кредитных организаций» и пунктов 1 и 2 статьи 26 Федерального закона «О несостоятельности (банкротстве) кредитных организаций» в связи с жалобами ряда граждан (абзацы третий и четвертый п. 3, второй и третий п. 4, первый п. 5, третий п. 6 мотивировочной части, п.п. 1 и 2 резолютивной части).
*(10) Постановление Конституционного Суда РФ от 16 мая 2000 года по делу о проверке конституционности отдельных положений пункта 4 статьи 104 Федерального закона «О несостоятельности (банкротстве). СЗ РФ. 2000. N 21. Ст. 2258.
*(11) Постановление Конституционного Суда РФ от 3 июля 2001 года по делу о проверке конституционности отдельных положений подпункта 3 пункта 2 статьи 13 Федерального закона «О реструктуризации кредитных организаций» и пунктов 1 и 2 статьи 26 Федерального закона «О несостоятельности (банкротстве) кредитных организаций» в связи с жалобами ряда граждан. СЗ РФ. 2001. N 29. Ст. 3058.
*(12) Лазарев Л.В. Правовые позиции Конституционного Суда России. М.: ОАО «Издательский дом «Городец», «Формула права», 2003. 528 с.
*(13) Постановление Конституционного Суда РФ от 13 декабря 2001 г. N 16-П по делу о проверке конституционности части второй статьи 16 Закона города Москвы «Об основах платного землепользования в городе Москве», в связи с жалобой гражданки Т.В. Близинской (абзацы четвертый и пятый п. 3, абзац первый п. 6 мотивировочной части).
Нигаторный иск как способ защиты собственности
Конституционные основы социальной защиты прав инвалидов в РФ
