华北电力大学(北京)工程热力学课件(第二章).ppt

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1、工程热力学课件华北电力大学（北京）动力工程系工程热物理教研室制作2005年5月第二章热力学第一定律Thefirstlawofthermodynamics§2-1热力学第一定律的本质1909年，C.Caratheodory最后完善热一律本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用18世纪初，工业革命，热效率只有1%1842年，J.R.Mayer阐述热一律，但没有引起重视1840-1849年，Joule用多种实验的一致性证明热一律，于1950年发表并得到公认闭口系循环的热一律表达式要想得到功，必须化费热能或其他能量热一律

2、又可表述为“第一类永动机是不可能制成的”压力容器压气机从大气中取气取回部分功量驱动压气机wp大气机？？机氢气发动机水分解装置取回部分功量驱动水分解装置wH2水某人的永动机构思自然热的利用Theuseoftheheatinnature资料：要科学，不要永动机焦耳在探索科学真理的道路上，也走过弯路。他年轻的时候，正是永动机热席卷欧洲的时代，许多人钻进了永动机的迷宫，妄想制造出一种不消耗能量永远做功的机器。焦耳也是个“永动机迷”，曾经狂热地追求过永动机，几乎消磨了他全部的业余时间。他通宵达旦地冥思苦索、设计方案、制作机件，但是没

3、有一个是成功的。失败引起了焦耳的深思，为什么乍一看设计上几乎无懈可击的机器，做出来却总是一堆废物？焦耳没有象有些人那样，明明进入了迷宫，还以为走进了科学的殿堂，碰了壁也不回头。他吸取教训，迷途知返，毅然退出了幻想的迷宫，转向脚踏实地的科学研究，探求隐藏在失败背后的科学真谛。经过勤奋实践，他终于找到了热功当量，为建立能量守恒定律作出了杰出的贡献。这个定律好比一块路标，插在寻找永动机的十字路口，警告迷途人：此路不通！据说焦耳还现身说法，语重心长地告诫那些仍旧迷恋永动机的人说：“不要永动机，要科学！”趣闻轶事：精确的测量值在几十

4、年里不作大修正从1849到1878年，焦耳反复作了四百多次实验，所得的热功当量值几乎都是423.9千克米/千卡，这和现在公认值427千克米/千卡相比，只小0.7%。焦耳用惊人的耐心和巧夺天工的技术，在当时的实验条件下，测得的热功当量值能够在几十年时间里不作比较大的修正，这在物理学史上也是空前的。坚持不懈终将获得公认(1)1843年8月，在考尔克的一次学术报告会上，焦耳作了题为《论磁电的热效应和热的机械值》的报告。他在报告中提出热量与机械功之间存在着恒定的比例关系，并测得热功当量值为1千卡热量相当于460千克米的机械功。这一

5、结论遭到当时许多物理学家的反对。坚持不懈终将获得公认(2)1845年在剑桥召开的英国科学协会学术会议上，焦耳又一次作了热功当量的研究报告，宣布热是一种能量形式，各种形式的能量可以互相转化。但是焦耳的观点遭到与会者的否定，英国伦敦皇家学会拒绝发表他的论文。1847年4月，焦耳在曼彻斯特作了一次通俗讲演，充分地阐述了能量守恒原理，但是地方报纸不理睬，在进行了长时间的交涉之后，才有一家报纸勉强发表了这次讲演。同年6月，在英国科学协会的牛津会议上，焦耳再一次提出热功当量的研究报告，宣传自己的新思想。会议主席只准许他作简要的介绍。只

6、是由于威廉·汤姆孙在焦耳报告结束后作了即席发言，他的新思想才引起与会者的重视。直到1850年，焦耳的科学结论终于获得了科学界的公认。§2-2热力学能（内能）和总能内能(internalenergy)的导出闭口系循环内能的导出对于循环1a2c1对于循环1b2c1状态参数pV12abc内能及闭口系热一律表达式定义dU=Q-W内能U状态函数Q=dU+WQ=U+W闭口系热一律表达式！！！两种特例绝功系Q=dU绝热系W=-dU内能U的物理意义dU=Q-WWQdU代表某微元过程中系统通过边界交换的微热量与微功量两

7、者之差值，也即系统内部能量的变化。U代表储存于系统内部的能量内储存能（内能、热力学能）内能的性质分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用）核能化学能内能内能是状态量U:广延参数[kJ]u:比参数[kJ/kg]内能总以变化量出现，内能零点人为定说明：系统总能外部储存能宏观动能Ek=mc2/2宏观位能Ep=mgz机械能系统总能E=U+Ek+Epe=u+ek+ep一般与系统同坐标，常用U,dU,u,du热一律的文字表达式热一律:能量守恒与转换定律进入系统的能量-离开系统的能量=系统内部储存能量的变化WQ一般式

8、Q=dU+WQ=U+Wq=du+wq=u+w单位质量工质适用条件：1）任何工质2)任何过程§2–3热力学第一定律基本表达式闭口系能量方程中的功功（w）是广义功闭口系与外界交换的功量q=du+w准静态容积变化功pdv拉伸功w拉伸=-dl表面张力功w表面张力=-dAw=pdv-