第3章-热力学第一定律.ppt

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1、第2篇热力学基本理论●热力学四大规律●热力学第零定律如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。说明了温度的定义和温度的测量方法，为体系温度测量提供了基本依据。●热力学第一定律热力系内物质的能量可以传递，其形式可以转换，在转换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。热力系统能量守恒，为确定热力系统与环境进行能量交换时的各种形态能量的数量守恒关系提供理论基础。未能表明能量传递或转化时的方向、条件和限度。●热力学第二定律不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力

2、过程中熵的微增量总是大于零。自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用。●热力学第三定律（即能斯特热定理）不可能用有限个手段和程序使一个物体冷却到绝对温度零度。解决了热力系统中平衡常数计算问题和许多热动力工业生产难题。第3章热力学第一定律3.1热力学第一定律的实质自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭，只能从一种形态转变为另一种形态，或者从一个系统转移到另一个系统，且其能量的总量保持不变。热是能量的一种，机械能转变为热能，或热能转变为机械能，其比值是一定的热可以变为功，功也可变为热。一定量的热消失时必产生相应量的功；消耗一定量的功

3、时必出现与之对应的一定量的热。试分析子弹从枪膛中飞出过程中能的转化[分析]发射子弹的过程是：火药爆炸产生高温高压气体，气体推动子弹从枪口飞出。[答]火药的化学能→通过燃烧转化为燃气的内能→子弹的动能。3.2总储存能热力学能U因宏观运动速度而具有动能Ek因有不同高度而具有位能Ep。热力学能U称为内部储存能，动能Ek和位能Ep则称为外部储存能。dE=dU+dEk+dEp（3.2）ΔE=ΔU+ΔEk+ΔEp（3.3）工质的总储存能E（简称总能）=内部储存能+外部储存能=热力学能+宏观运动动能+位能E=U+Ek+Ep（3.1）内部储存能外部储存能Ek=(mcf2)/2Ep=mgz（3.4）比总储存能

4、e：（3.5）E=U或e=u（3.6）没有宏观运动且高度为零的热力系统：E=U+Ek+Ep3.3热力系统与环境传递的能量热力系统与环境之间传递能量是指热力系统与环境热力源（热源、功源、质源)或与其他有关物体之间进行的能量传递。3.3.1热量热量实际传递过程必须有温差的作用，当热力系统与环境之间达到热平衡时，热力系统与环境的热量传递随之停止。热量一旦通过边界传入(或传出)热力系统，就变成热力系统（或环境）总储存能的一部分，即热力学能（热能）。热量与热力学能的区别热量：与过程特性有关的过程量热能：取决于热力状态的状态量3.3.2功量电功磁功机械拉伸功弹性变形功表面张力功膨胀功轴功功源的不同形式（

5、1）膨胀功（容积功）定义：热力系统在压力差作用下因工质容积发生变化而传递的机械功。热量转换为功量→工质容积发生膨胀→产生膨胀功闭口系统膨胀功：通过热力系统边界传递开口系统膨胀功：通过其他形式传递与系统的界面移动有关做膨胀功的必要条件：热力系统容积变化膨胀过程Δv＞0，w＞0；压缩过程Δv＜0，w＜0；定容过程Δv=0，w=0。工质膨胀过程也不一定有功的输出（有无功的传递和接收机构）膨胀功是与热力过程特性有关的过程量。过程结束功量传递停止非充要条件绝热自由膨胀注意！（2）轴功轴功：热力系统通过机械轴与环境传递的机械功图3.1轴功开口系统与环境传递的轴功Ws：汽轮机、内燃机、燃气轮机、风机、压气

6、机等。轴功可来源于能量的转换或机械能的直接传递。通常规定热力系统输出轴功为正功，输入轴功为负功。（3）随物质流传递的能量开口系统与环境随物质流传递的能量：①流动工质本身具有的总储存能E（U+Ek+Ep）随工质流进或流出控制体而带入或带出控制体②流动功（或推动功）Wf。为推动流体通过控制体界面而传递的机械功，维持流体正常流动所必须传递的能量难点！推动功：工质的状态参数不变其热力学能不变做功的能量由别处传来工质单纯地运输能量推动功只有在工质移动位置时才起作用随着工质的移动而转移的能量等于焓h=u+pv热力学能外部功源获得的推动功3.4热力学第一定律解析式热力学第一定律的能量方程式热力系统变化过程

7、中的能量平衡方程式分析状态变化过程的根本方程式热力系统中总储存能增量进入热力系统能量－离开热力系统能量对于闭口系统：进入和离开系统的能量=热量+做功对于开口系统：，进入和离开系统的能量=热量+做功+随同物质带进、带出热力系统的能量不同的热力学第一定律能量方程应用于不同热力系统热力学第一定律解析式：热力学第一定律应用于闭口系统而得的能量方程式，是最基本的能量方程式Q=∆U+W一部分用于增加工质的热力学能储存于工