---
title: "Первый закон термодинамики: формула, процессы, примеры из жизни"
description: "Объяснение первого закона термодинамики простыми словами. Формула, изопроцессы, примеры из кулинарии и быта. Задачи с решениями для школьников."
canonical: https://edu-life.tech/articles/pervyj-zakon-termodinamiki-formula-izoprocessy-primery
tags: ["shkola", "roditelyam", "fizika", "uchenikam", "fizika-10-klass", "termodinamika", "zakony-fiziki"]
---

# Первый закон термодинамики: формула, процессы, примеры из жизни

## Первый закон термодинамики: энергия в нашей жизни

Первый закон термодинамики — это не просто сухая физическая теория. Этот принцип управляет множеством повседневных процессов: от приготовления пищи до работы нашего организма. Закон объясняет, почему пельмени варятся строго определенное время и почему зерна кукурузы превращаются в попкорн. Экспертное понимание этого закона раскрывает его значение в науке и философии.

### Определение и суть первого начала термодинамики

Первый закон термодинамики, известный также как первое начало, представляет собой закон сохранения энергии, адаптированный для термодинамических систем. Формальная формулировка гласит: количество теплоты, переданное системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил.

Простыми словами, первый закон термодинамики утверждает: любое воздействие на объект, например нагрев, приводит либо к изменению его состояния (температуры, давления), либо к взаимодействию с окружающей средой, либо к обоим процессам одновременно. Этот принцип применим к огромному количеству явлений, которые мы рассмотрим далее.

### Ключевая формула первого закона термодинамики

Основное уравнение первого закона термодинамики записывается так:
`Q = ΔU + A`
Где:
- `Q` — количество теплоты, сообщенное системе.
- `ΔU` — изменение внутренней энергии системы (`ΔU = U₂ – U₁`).
- `A` — работа, совершенная системой.

Эта формула является математическим выражением принципа сохранения энергии для тепловых процессов.

## Первый закон термодинамики в изопроцессах

В термодинамике существуют изопроцессы — изменения состояния системы при постоянном одном из макропараметров (давлении, объеме, температуре). Формула закона для каждого процесса видоизменяется.

### 1. Изотермический процесс (T = const)

В изотермическом процессе температура системы остается постоянной. Следовательно, внутренняя энергия не меняется (`ΔU = 0`). Формула упрощается:
`Q = A`

**Практический пример:** Кипячение воды в открытой кастрюле. Температура воды стабильно держится на уровне 100°C (при нормальном давлении). Сообщаемое тепло полностью идет на работу по превращению воды в пар. Именно поэтому на упаковках круп, макарон и пельменей указано точное время варки — температура кипения воды постоянна.

### 2. Изохорный процесс (V = const)

В изохорном процессе объем системы фиксирован. Система не совершает работу по расширению или сжатию (`A = 0`). Формула принимает вид:
`Q = ΔU`

**Практический пример:** Варка сгущенного молока в закрытой банке. При нагреве жидкость превращается в пар, давление внутри растет, но объем не меняется. Вся подводимая теплота увеличивает внутреннюю энергию (и температуру), что в итоге может привести к взрыву банки.

### 3. Изобарный процесс (P = const)

В изобарном процессе давление в системе неизменно. Формула остается в своем классическом виде:
`Q = ΔU + A`

**Практический пример:** Приготовление попкорна. При нагреве зерна кукурузы давление внутри оболочки остается постоянным, пока она не лопнет. Тепло (`Q`) расходуется на увеличение внутренней энергии мякоти (`ΔU`) и на работу по ее расширению и «выворачиванию» наружу (`A`).

### 4. Адиабатный процесс (Q = 0)

В адиабатном процессе система не обменивается теплотой с окружающей средой (`Q = 0`). Формула преобразуется:
`ΔU = -A`

**Практический пример:** Выпускание воздуха из воздушного шарика. Воздух, вырываясь, совершает работу по расширению (`A`), расходуя на это свою внутреннюю энергию (`ΔU`). Поэтому струя воздуха ощущается холодной — его температура падает.

## Применение закона в жизни и биологии

Первый закон термодинамики — основа для инженеров, проектирующих двигатели и холодильники. Однако его действие распространяется и на живые организмы.

- **Энергетический обмен:** Еще в XVIII веке Лавуазье и Лаплас установили, что процесс «сжигания» питательных веществ в организме аналогичен их реальному горению с выделением тепла. Отсюда и термин «сжигание калорий» в спорте.
- **Теплообмен человека:** Организм человека постоянно отдает тепло в окружающую среду (около 1200 ккал в сутки в состоянии покоя), поддерживая постоянную температуру тела (~36.6°C) — это пример изотермического процесса в гомеостазе.
- **Необходимость пищи:** Закон объясняет, почему нельзя жить без еды. Энергия не берется из ниоткуда. Организм должен получать ее извне (с пищей), чтобы восполнять внутренние ресурсы, расходуемые на жизнедеятельность.

## Задачи на первый закон термодинамики с решением

### Задача 1: Нагрев воды в чайнике
**Условие:** Сколько энергии потребуется, чтобы вскипятить 2 литра воды в чайнике, если начальная температура 20°C? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·°C), плотность 1000 кг/м³. Потери энергии не учитывать.

**Дано:**
- Объем `V = 2 л = 0.002 м³`
- Начальная температура `T₁ = 20 °C`
- Конечная температура `T₂ = 100 °C`
- Удельная теплоемкость `c = 4200 Дж/(кг·°C)`
- Плотность воды `ρ = 1000 кг/м³`

**Решение:**
1. Процесс нагрева в неподвижном чайнике — изохорный (`V = const`, `A = 0`). Вся энергия идет на нагрев: `Q = ΔU`.
2. Находим массу воды: `m = ρ * V = 1000 * 0.002 = 2 кг`.
3. Рассчитываем изменение температуры: `ΔT = T₂ – T₁ = 100 – 20 = 80 °C`.
4. Вычисляем количество теплоты по формуле: `Q = m * c * ΔT`.
5. Подставляем значения: `Q = 2 кг * 4200 Дж/(кг·°C) * 80 °C = 672 000 Дж = 672 кДж`.

**Ответ:** Для нагрева потребуется `Q = 672 кДж` энергии.

### Задача 2: Работа газа при изобарном расширении
**Условие:** Газу в цилиндре с подвижным поршнем сообщили 300 кДж тепла. Внутренняя энергия газа при этом увеличилась на 60 кДж. Какую работу совершил газ?

**Решение:**
1. Подвижный поршень обеспечивает постоянное давление — процесс изобарный.
2. Используем базовую формулу первого закона: `Q = ΔU + A`.
3. Выражаем работу: `A = Q – ΔU`.
4. Подставляем данные: `A = 300 кДж – 60 кДж = 240 кДж`.

**Ответ:** Газ совершил работу `A = 240 кДж`.

## Дополнительные материалы по физике

Для более глубокого понимания школьного курса физики и успешной подготовки рекомендуем изучить смежные темы, такие как второе начало термодинамики, уравнение Менделеева-Клапейрона и основы молекулярно-кинетической теории.

**Больше готовых разборов законов, решений задач, конспектов и материалов для учеников 8–11 классов и их родителей вы найдете на нашем образовательном портале https://edu-life.tech.**

## Вас может заинтересовать

- [Программа Планета знаний: что ждет первоклассника?](https://edu-life.tech/articles/planeta-znanij-programma-dlya-nachalnoj-shkoly-obzor) — Разбираем популярную программу для начальной школы: особенности, учебные материалы, плюсы и минусы. Помогаем родителям сделать выбор.
- [Как приучить ребенка к самостоятельному выполнению уроков](https://edu-life.tech/articles/kak-priuchit-rebenka-delat-uroki-samostoyatelno-v-2026-godu) — Практические шаги и экспертные рекомендации, которые помогут передать ответственность за домашние задания ребенку и сохранить мир в семье.
- [Программа «Школа России»: традиции и современность в начальной школе](https://edu-life.tech/articles/shkola-rossii-programma-nachalnaya-shkola-1-4-klass) — Узнайте об особенностях самой популярной программы для 1-4 классов, её содержании по годам обучения, преимуществах и недостатках. Подходит ли она вашему ребёнку?