热力学第一定律2

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1、第三章热力学第一定律第一节系统的储存能第二节系统与外界传递的能量第三节闭口系统能量方程及应用第四节开口能量方程的一般形式及应用第五节开口系统稳态稳流的能量方程第六节稳态稳流能量方程的应用§本章小结第一节系统的储存能一、能量方程的一般形式系统收入的能量-系统支出的能量=系统储存能的增量这相当我们职工的财富一样收入的财富：工资、奖金支出的财富：吃饭、穿衣、各种日常开支财富的积累：存折上的钱、住房、各种家用电器因此我们有必要弄清楚在工程热力学中对应三项所包括的内容，在这三项中最复杂的是储存能。二、储存能（E）的组成系统存储能的项目：1、内储存能（u）（又称内能或热力学能）它们

2、包括：①分子动能：平动动能、转动动能、振动动能，由系统的温度决定。②分子位能：分子间的作用力，由气体的比容决定。对于理想气体，分子间无作用力，故u=f(T)。2、外储存能①系统的宏观动能②系统的重力位能（相对系统外某一坐标系而言）对于理想气体而言,系统的储存能为：对于一千克气体而言系统储存能的增量为：第二节系统与外界传递的能量系统与外界传递的能量随所选系统的形式不同而异，应分别处理一、闭口系统能量传递的形式：只有热量与功量膨胀功---是热力学中最重要的概念之一，它是热能与机械能相互转换的必要途径。没有气体的膨胀就不能实现热能与机械能的转化。热量和功量正负的规定：系统吸热

3、为正；放热为负系统对外做功为正；系统得功为负在闭口系统中，膨胀功是通过系统的边界传递的，如活塞连杆机构如上图。将隔板拉出时膨胀过程将发生，但没有对外做功。可见气体膨胀是做膨胀功的必要条件，但不是充分条件，还需有功的传递机构。在开口系统中，膨胀功往往通过轴功传递，如蒸气轮机（热能→宏观动能→轴功）注意：有膨胀过程未必一定对外做功刚性容器对外绝热真空充满气体隔板二、开口系统能量传递的形式开口系除有热量与功量传递之外，还有随物质流动传递的能量。例如：我们一个家庭有三口人（父母，孩子），那么收入就只有父母的工资奖金，支出就是全家人吃穿及日常费用，这相当一个闭口系统。如有人口变化

4、（相当开口系统），比如请一个保姆，那么支出肯定要增大。因为保姆的存在，财富的支出肯定增多。如果儿子大了，娶了一个媳妇是有工作的，那么这个家庭收入的财富又将随之增大。下面分析随物质流传递的能量的种类。1、随物质流传递的能量共有四项：储存能中的三项：内能（u）、动能（）、势能（gz）和流动功（pv）2、流动功的含义：是为推动流体通过控制体而传递的一种机械功，它是开口系统所特有的。也是维持流动所必须的。δm进入时外界做功为：如图：流动过程中δm将进入控制体，进入控制体后，控制体获得的能量应等于外界传递给系统的功3、流动功的计算f为通流截面积显然，fds为质量为δm的流体所占有

5、的容积δV,即或对1kg质量的流体，则有：当边界处热力参数恒定时，质量为m的流体进入控制体时，进口的流动功为：---流动功计算公式移动1kg工质进、出控制体的净流动功为：同样，在控制体出口的流动功为：综上所述：在开口系统中，流体进入控制体时，除传递了储存能之外，还得到了流动功。同样，流出控制体时，除输出了储存能之外，还输出了流动功。因此，随流动工质传递给系统的能量为：同样，随流动工质从系统输出的能量为：4、焓的引出在流动工质传递的总能量（四项）中，有两项是与热力状态有关的。即u及流动功pv。为使项目简化，我们重新定义一个参数焓（H）。H=u+pv因u，p，v均为状态参数

6、故H也是状态参数。对理想气体H与u一样也是T的单值函数。这样，随物质流传递的能量就成了三项，即重点①理解熟记储存能的组成②开口系统随物质传递的能量的形式③深刻理解内能与焓的定义及状态参数的特点（与路径无关）第三节闭口系统能量方程及应用能量方程的一般形式为：系统收入的能量—系统支出的能量=系统存储能的增量支出的能量:W一、能量方程的导出收入的能量：Q系统储存能有三项对于闭口系统①由于汽缸内气体无宏观运动可忽略所以在过程前后均近似为0，②过程前后气体高差较小，所以认为亦即即因此只有△U一项存在。于是闭口系统能量方程为即闭口系统吸收的热量用于系统内能的提高和对外做膨胀功对单位

7、质量气体有对于微元过程有或对于可逆过程有或注意：尽管方程由闭口系统导出，但也适合于开口系统！二、闭口系统方程的应用例1证明工质在动力循环中沿各设备流动一周，从外界吸收的净热量等于对外做的净功。Q-W=△U或Q=△U+W即证明选循环工质为闭口系统，对循环中的四个过程分别写出能量方程。即各式相加得也就是证明过程也进一步说明：u是状态参数，因为循环一周回到初态后△u=0例2证明理想气体内能变化计算式为：证明：设有刚性容器盛有1kg理想气体，对其加热，使其温度由T变为T+dT由定容比热定义知，气体吸收的热量为：…①换一个角度，气体吸热量还可以通过