第二章 热力学第一定律ppt课件.ppt

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1、2-1热力学第一定律的实质2-2热力学能和总能2-3能量的传递和转化2-4焓2-5热力学第一定律的基本能量方程式2-6开口系统能量方程式2-7能量方程式的应用第二章热力学第一定律目录1热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应用确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系*主要考虑热能和机械能之间的相互转换与守恒微观解释：热是物质无序运动对应的能，机械能是物质有序运动对应的能，两种能量具有同样的本质。热能与机械能间的转化是物质两种运动形式之间的转化。§2-1热力学第一定律的实质*在发现能量守恒定律的过程中，热功当量的发

2、现（焦耳等）具有重要的历史意义，但现代已经把热量和功的单位统一为焦耳，所以在计算中它已经没有必要出现了。2热力学第一定律的不同表述“热是能的一种，机械能变热能、或热能变机械能时，它们之间的比值是一定的。”“热可以变为功，功也可以变为热。在热能和机械能之间相互转换时，一定量的热消失时必产生相应量的功；消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。”“第一类永动机不可能实现。”热力学第一定律是热功计算的基础。3一、热力学能§2-2热力学能和总能（2-1）内动能：分子热运动引起的（移动、转动、振动）热力学能用U(u)表示，单位是焦

3、耳J(J/kg)。本课的主要讨论内容热力学能是个状态参数，即：热力学能总以变化量出现，其零点人为设定热力学能包括：内位能：分子间的相互作用力引起的化学能、核能和电磁能等。4（2-2）（2-3）（2-4）二、总能内部储存能（热力学能）U总能E包括：外部储存能（宏观运动能及位能）5一、作功和传热§2-3能量的传递和转化能量传递的两种方式热量功量1定义在温差推动下，系统与外界借助于微观的无序运动传递的能量在温差推动下，系统与外界借助于宏观的有序运动传递的能量2推动力3方式4过程量5正负号6异同温差力差微观无序宏观有序是过程中传

4、递的能量过程量吸热+，放热-对外做功+，耗功-不需要物体的宏观移动需要物体的宏观移动6二、推动功和流动功热力系与外界发生功的作用有多种形式，包括膨胀功、轴功、推动功、流动功等。推动功：开口系统中工质流动而传递的功以工质进入气缸推动活塞作功为例7Vp12dvdx工质进入气缸推动活塞作功式中Adx为活塞移动dx时所扫过的容积，记为dV。因为推动力p保持不变，在整个过程1-2中工质所做的功为：0∴8流动功是为维持工质流动所需的功，称为流动功。开口系统与外界交换的功称为技术功进口作功：出口作功：推动功的差：工质进口状态为p1,v1

5、，在系统中从膨胀到出口状态的p2,v2，燃气轮机（开口系）p1,v11122p2,v29§2-4焓（2-5a）（2-6）焓是一个状态参数，它可以表示成另外两个独立状态参数的函数，即（2-5）焓:比焓定义为：（2-6a）+推动功∴焓=内能10对不流动工质(闭口系统)，因pv不是推动功，焓只是一个复合状态参数。焓的物理意义：对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量。11§2-5热力学第一定律的基本能量方程式1.：系统能量平衡方程式：3.微元过程:（2-10）或2.闭口系能量平衡方程式:进

6、入能量-离开能量=储存能变化（2-9）意义：(2-10）式也被称为热力学第一定律的解析式，表明加给工质的热量一部分用于增加工质的热力学能，储存于工质内部，余下的一部分以作功的方式传递至外界（2-10a）*以上方程式适用于任何工质可逆和不可逆过程。12Q(q)>0，表示热源对系统加热，系统吸热Q(q)<0，表示系统向热源放热，系统放热ΔU(Δu)>0，表示系统内能增加ΔU(Δu)<0，表示系统内能减少W（w）>0，表示系统对外作功W（w）<0，表示功源对系统用功注意，式中热量Q，热力学能变量ΔU和功W均为代数值，可正可负。1

7、3特别的，对可逆过程，有∴对循环过程，循环完成后，工质回复原来的状态，而热力学能是状态参数，即（2-12）∴即闭口系循环完成后，循环中与外界交换的净热量等于与外界交换的净功量14如图2–2所示，一定量气体在气缸内体积由0.9m3可逆地膨胀到1.4m3，过程中气体压力保持定值，且P=0.2MPa。若在此过程中气体热力学能增加12,000J，试求：pp例2-1图2-2（1）此过程中气体吸入或放出的热量。（2）若活塞质量为20kg，且初始时活塞静止，求终态时活塞的速度。已知环境压力p0＝0.1MPa。15（1）取气缸内的气体为一

8、热力系统。这是闭口系统，其能量方程式为：Q=△U+W由题意知：　△U=U2－U1=12,000J由于过程可逆，且压力为常数，故因此即过程中气体自外界吸热112000J。（2）气体对外界作的功有两部分功用，一是用于排斥活塞背面的大气（Wr），另一部分（Wu）转变成活塞的动能增量。其中前者为：解:1617§