清华大学工程热力学讲义课件.ppt

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1、作业2-32-52-152-16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1850年发表并得到公认ConservationofenergyOneofthemostfundamentallawsofnature“Duringaninteraction,energycanchang

2、efromoneformtoanotherbutthetotalamountofenergyremainsconstant”EnergycannotbecreatedordestroyedJ.R.迈尔JuliusRobertMayer1814-1878德国医学博士首次提出能量转换与守恒定律J.P.焦耳James.Prescott.Joule1818-1889英国1850测定热功当量1852焦－汤效应能量单位焦耳定律（热与电）焦耳实验1、重物下降，输入功，绝热容器内气体T2、绝热去掉，气体T，放出热给水，T恢复原温。焦耳实验水温升高可测得热量，重物下降可测得功热功当量1cal=4.1868

3、kJ工质经历循环:Mechanicalequivalentofheat闭口系循环的热一律表达式要想得到功，必须化费热能或其它能量热一律又可表述为“第一类永动机是不可能制成的”Perpetual–motionmachineofthefirstkindQPerpetual–motionmachineofthefirstkind锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器WnetQout电加热器§2-2热一律的推论内能内能的导出闭口系循环Internalenergy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=

4、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）内能的微观组成分子动能分子位能bindingforces化学能chemicalenergy核能nuclearenergy内能microscopicformsofinternalenergy移动translation转动rotation振动vibration系统总能totalenergy外部储存能macroscopicformsofener

5、gy宏观动能kineticEk=mc2/2宏观位能potentialEp=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内能的说明内能是状态量statepropertyU: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-TotalenergyenteringthesystemTotalenergyleavingthesystemChangeinthetotalenergyofthesystem=-§2-3闭口系能量方

6、程WQ一般式Q=dU+WQ=U+Wq=du+wq=u+w单位工质适用条件：1）任何工质2)任何过程EnergybalanceforclosedsystemPointfunction---Exactdifferentials---dPathfunction---Inexactdifferentials---闭口系能量方程中的功功（w）是广义功GeneralizedWork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-dl-dA+…...闭口系能量方程的通式q=du+w若在地球上研究

7、飞行器q=de+w=du+dek+dep+w工程热力学用此式较少准静态和可逆闭口系能量方程简单可压缩系准静态过程w=pdv简单可压缩系可逆过程q=Tdsq=du+pdvq=u+pdv热一律解析式之一Tds=du+pdvTds=u+pdv热力学恒等式门窗紧闭房间用电冰箱降温以房间为系统绝热闭口系闭口系能量方程T电冰箱RefrigeratorIcebox门窗紧闭房间用空调降温以房间为系统闭口