2热力学第一定律.ppt

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1、第三章热力学第一定律本章重点本章基本要求深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别本章重点熟练应用热力学第一定律解决具体问题系统的储存能内动能（移动、转动、振动）内位能（相互作用）核能化学能一。内能（U)内能是状态量U:广延参数[kJ]u:比参数[kJ/kg]u=U/m说明：注意：对理想气体u=f(T)理想气体分子间无相互作用力，所以内位能为零。理想气体内能只与温度有关。在研究能量的转换过程中，一般只关心内能的变化量。如图：u＝uB-uA注：内能是状

2、态量，与过程无关。高温物体搅拌器作功和热量传递具有相同的效果，它们都是能量变化的量度1卡=4.1868焦热力学第一定律及其实质能量转换与守恒定律自然界一切物体都具有能量，能量既不能消灭，也不能创造，只能从一种形式转换为另一种形式。在转换过程中，能量的总量保持不变。热力学第一定律热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失时，必产生相当数量的功，消耗一定量的功时，必产生相当数量的热。Q=AWA:功热当量第一类永动机是不可能制造成功的。J.P.Joule英国物理学家(1818-1889年)热力学第一定律的解析式进入系统的能量－

3、离开系统的能量＝系统内储存能的增加Q-W=U2-U1Q=U+W1kg工质：q=u+w上式为闭口系统能量方程热力过程中，系统从外界吸收的热量，一部分用于工质内能的增加，其余用来对外做容积功。QW图4膨胀中的燃气系统的边界QW热源功源1.适用于任意工质、任意过程，各项为代数量。2.q、w分别为各个吸热、作功过程的代数和。3.U=U2-U11、气体在某一过程中吸入热量12kJ，同时内能增加了20kJ，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外交换的功量为多少？Q=U+WW=12-20=-8KJ2.1kg空气由P1＝1MPa、t1

4、＝500膨胀到P2＝0.1MPa,t2＝500  ，得到热量5O6kJ,作膨胀功506kJ。又，在同一初态及终态间作第二次膨胀，仅加入热量39.1kJ，求：　　　  第一次膨胀中空气内能增加多少？　　　  第二次膨胀中空气内能增加多少？　　　  第二次膨胀中空气作了多少功？解：取空气为闭系　（1）第一次膨胀中空气内能的变化量（2）第二次膨胀中空气内能的变化量    　　　　由于在同一初态及终态作第二次膨胀，故（3）第二次膨胀中空气作容积变化功W2闭口系中实施某过程，试填补表中空缺之数：过程序号QWU1U2U1

5、24-13-82-862-18317-122041826105-813286-1157-12例3-1有一定质量的工质从状态1沿1A2到达终态2，又沿2B1回到初态1，并且试判断沿过程1A2工质是膨胀还是压缩，并且求工质沿1A2B1回到初态时的净吸热量和净功。vpA12B解:是膨胀过程将0℃的水冻结为0℃的冰，在此过程中系统做功、传热、内能变化的情况是:W0；Q0；△U0解答：0℃的水(液态)冻结为0℃的冰(固态晶体)发生相变，水在冷凝成冰的过程中放出热量(称为潜热)，所以Q<0。虽然相变过程温度不变，但系统由于放热而使内能

6、减少，即△U<0。另外，水冻结成冰时，体积增大，系统对外做功，即W>0。3．2系统与外界传递的能量功随物质传递的能量热量外界热源外界功源外界质源系统一、稳定流动的概念稳定流动：开口系统内任一点的状态参数和流速均不随时间而变化。稳定流动条件：1、单位时间内流入系统的质量与流出系统的质量相等。2、单位时间内进入系统的净热及系统对外做的净功不随时间改变。3、工质流过系统内各点的状态参数及流速不随时间改变。稳定流动及焓工质在流过热工设备时，必须受外力推动，这种推动工质流动而作的功称为流动功，也称为推进功。二、流动功在如图所示的热力

7、设备的进口端与出口端，取Ⅰ和Ⅱ两个截面，其截面积分别为A1和A2。截面Ⅰ和Ⅱ处的压力、比容、内能及流速分别为P1、V1、u1、Cf1及P2、V2、u2、Cf2。Ⅰ和Ⅱ截面处用阴影所表示的一小块工质为1kg，此1kg工质要进入截面Ⅰ，必须克服反抗力P1A1，因而外界需要对它作推动功当工质流出截面Ⅱ时，需要推动前方的工质，克服外界的反抗力，因而作出推动功，两者之差，即为使1千克工质流经Ⅰ和Ⅱ截面所必需的功，称为流动净功，用wf表示。Wf＝P2V2－P1V1＝△(PV)m千克工质wf＝P2v2－P1v1＝△(Pv)1千克工质流动

8、功是由于工质的进出，系统与外界传递的能量，在进行这种能量传递时，工质的热力状态不发生变化，没有能量形态的转换，传递前后都是机械能。对推进功的说明w推＝pv与所处状态有关，是状态量并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而由外界做出，流动工质所携带的能量可理解为：由于工质的进出，外界与系统之间所传递的一