02-热力学第一定律137

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1、第二章能量和热力学第一定律一切物质都处于运动状态，能量是物质运动的一般量度。物质运动有多种形式，表现各异，但可互相转换，表明这些运动有共性，也有内在的统一的量度，即能量。能量以机械能、内能、电能、化学能、核能等各种形式出现在不同的运动中，并通过作功、传热等方式进行转换。第二章能量和热力学第一定律2-1热力学第一定律的实质及能量1.热力学第一定律的实质热力学第一定律各种不同形式的能量都可以转移,也可以相互转换,但在转移和转换的过程中,他们的总量保持不变。1第二章能量和热力学第一定律2-1热力学第一定律的实质及能量1.

2、热力学第一定律的实质对于任何热力系统，各项能量之间的平衡关系可表示为进入系统的能量总和—离开系统的能量总和系统总能量的变化量2-1热力学第一定律的实质及能量热力系统能量分析模型进入系统的能量总和热力系统离开系统的能量总和总能量的变化22-1热力学第一定律的实质及能量2.系统的总能量系统的储存能内能U宏观动能Ek+宏观位能EP系统的总能量E即E=UEE++kP2-1热力学第一定律的实质及能量2.系统的总能量系统的储存能各项表达式内能UUU=kp+J2mc宏观动能E=Jk2宏观位能Emp=gzJ2mc总能量EU=++m

3、gzJ22c1kg工质eu=++gzJ/kg2显然总能量是状态量32-1热力学第一定律的实质和能量3.容积功和热量系统对外界作功的演示图气体对外界做了多少功?续7L21气体对外界所做的功相当于将重物提升了一定的高度．2-1热力学第一定律的实质和能量3.容积功和热量功的定义模拟p>poutpoutp42-1热力学第一定律的实质和能量3.容积功和热量功的定义p>poutδWFd=L=pAdLoutoutp=pdVoutoutWp=dV∫outdL若为可逆过程有pp=outδWp=dVpWWp==∫δ∫dV2-1热力学第

4、一定律的实质和能量3.容积功和热量可逆过程中体积功在p可逆过程中容积功在ｐ表明体积功是过程量—ｖ图上的表示1bｐ│22ｖ图上的表示wp=∫dv1v*强调：1.pv−图上曲线下面的面积代表体积功2.dv>0有δww>0称为膨胀功,“+”。dv<0有δww<0称为压缩功,“-”。dv=0有δw=052-1热力学第一定律的实质和能量3.容积功和热量功的损失p>p不可逆过程系统对外界作功outδWpA=dL—外界获得的功out=−−⎡⎤⎣⎦p()ppoutAdL=−pdVδWLpoutδWpd

5、生的热称为热产qL。p同理,外界对系统作功时有δWpA=dLp=−AdLWδoutL2-1热力学第一定律的实质和能量3.容积功和热量２)热量─系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量热量的符号Q单位Ｊ或kJQ比热量q=单位Ｊ/kg或kJ/kgm用热容量Cx计算热量QC=∫xdT用比热容cx计算比热量qc==∫xxdTc∫dt可逆过程中的热量QT=∫dS或qT=∫dsδqds=称s为熵,单位J/(kg.K);总熵S=msJ/K)T62-1热力学第一定律的实质和能量3.容积功和热量可逆过程中热量在Ｔ—Ｓ图上的表示T可逆

6、过程中热量在表明热量是过程量1bＴ22—qT=∫ds1s图上的表示s*强调：1.Ts−图上曲线下面的面积代表热量2.ds>0有δq>0表示工质吸热,“+”;ds<0有δq<0表示工质放热,“－”;ds=0有δq=0。2-2热力学第一定律表达式(能量方程)1.闭口系统的能量方程能量方程72-2热力学第一定律表达式(能量方程)1.闭口系统的能量方程2-2热力学第一定律表达式(能量方程)1.闭口系统的能量方程182-2热力学第一定律表达式(能量方程)1.闭口系统的能量方程22-2热力学第一定律表达式(能量方程)1.闭口系

7、统的能量方程292-2热力学第一定律表达式(能量方程)1.闭口系统的能量方程QΔE＝E－E21W热量总能量的变化功闭口系能量方程QEW=∆+对于没有宏观整体运动和位能变化的闭口系统的能量方程为QUW=∆+2-2能量方程续29微元过程δQd=UW+δ1kg质量工质δqd=uw+δ循环过程îîî∫∫∫δqd=+uwδîî∫∫δqw=δî∫du=0上面得到的闭口系能量方程适用于任何工质、任何过程。对于可逆过程δq=du+pdvqup=∆+∫dv10例题１QUW=∆+→→∆UQW=−热量功热力学能变化量过程Q/kJW/kJ

8、ΔU/kJ1—2210180302—3—210200—4103—4—190—3001104—140—230270例题２系统经一热力过程，放热9kJ，对外做功27kJ。为使其返回原态，若对系统加热6kJ，问需对系统作功多少？例题Ⅱ解方法Ⅰ因内能是状态参数,其变化量∆=−=UUUUU1221−−=()12−∆U21(1)闭口系能量方程为QUW=∆+对应于12和2