第二章 热力学第一定律.ppt

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1、第二章热力学第一定律内容主要：1.掌握热力学能，储存能的含义；2.掌握热力学第一定律的实质；3.熟悉热力学第一定律的基本能量方程式（闭口系统，开口系统）4.掌握推动功，技术功和焓的含义。2—1热力系统的储存能储存能：储存在热力系统的能量。（1）内部储存能———热力学能（2）外部储存能———宏观动能，宏观位能。1.热力学能：组成物质的微观粒子所具有的能量。热力学能（internalenergy)主要包括（1）内动能：物质内部分子，原子等微观粒子不停地作热运动的热运动动能，是温度的函数。（2）内位能：由于分子间相互作用力的存在所具有的位

2、能，与气体的比体积有关。化学能，原子核能，电磁能。单位：焦耳J，符号U比热力学能：单位质量物质的热力学能，u,J/kg2.热力学能是温度和比体积的函数，是状态参数。3.热力学能的大小是相对的。二.宏观动能和宏观位能1.宏观动能：由于宏观运动速度而具有的动能。EK2.宏观位能：由于其在重力场中的位置而具有的位能。EP三.总储存能（storedenergy)总储存能：系统的热力学能，宏观动能，宏观位能之和，用E表示，单位J，KJ。比储存能e=u+ek+ep2—2热力学第一定律的实质(Thefirstlawofthermodynamics

3、)几种表述表述1：在热能和其他形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。表述2：不花费能量就能产生功的第一类永动机（perpetualmotionmachineofthefirstkind)是永远不可能制造出来的。方程表达式对于任意热力系统（开口，闭口）进入系统的能量—离开系统的能量=系统储存能量的变化2—3闭口系统的热力学第一定律表达式一.闭口系统的能量方程（energyequation)选热力系统：汽缸活塞系统中的工质假设：工质由平衡态1变化到平衡态2，从外界吸热Q，对外作功W，忽略工质状态变化过程中的动能，位能变化依据：进入系

4、统能量–离开系统能量=系统储存能变化量推导：Q–W=UQ=W+U=W+U2-U1——闭口系统能量方程式（热一解析式）几点说明：（1）意义：加给工质的热量a:一部分用于增加工质的热力学能，b:另一部分以作功的方式传递到外界。（2）对1kg工质：q=w+u（3）适用条件：a:可逆过程，不可逆过程b:理想气体。实际气体c:工质初，终态为平衡态三.几种形式表达式任意过程Q=U+Wq=u+w任意微元过程Q=dU+Wq=du+w可逆过程Q=U+12pdVq=u+12pdv4.可逆微元过程Q=dU+pdVq=du+p

5、dv5.循环Qnet=wnet同学们：上课铃声即将敲响，你们准备好了吗？！同学们：现在开始上课。请翻开你们的书、笔记本，拿起笔。并请保持课堂安静。谢谢！2—4开口系统的稳定流动稳定流动能量方程式注意：（1）工质的热力状态参数及速度在不同截面不同（2）开口系统可以借助工质的流动转移能量；（3）除了能量平衡外，还必须考虑质量平衡；（4）系统与外界交换的功，除了体积变化功，还有流动功一.稳定流动（steadyflow)1.稳定流动：热力系统内部及边界上各点工质的热力参数和运动参数不随时间而改变条件：（1）单位时间流入系统的工质质量等于流出

6、系统的工质质量，保证系统内工质质量流量维持恒定；（2）单位时间内加入系统的净热及系统对外做的净功不随时间改变，保证系统储存能量维持不变；（3）工质流过系统内各点的状态参数及速度不随时间改变。二.流动功（flowwork)1.推动功：推动工质流动外界所做的功。表示：外界所作的推动功入口处：p1A1dx=p1dV1=p1v1dm1出口处：p2A2dx=p2dV2=p2v2dm2几点说明：（1）是工质在开口系统中流动而传递的能量；流动功：系统为维持工质流动所需的功。（pv)=p2v2–p1v1（2）只有在工质流动过程中才出现；（3）工质

7、在传递流动功时，没有热力状态的变化，也没有能量形态的变化（4）流动功并不是工质本身的能量。是由泵（风机）提供用来维持工质流动，伴随工质流入，流出系统的能量。三.焓（enthalpy)定义：焓H=U+pVJkJ比焓h=u+pvJ/kgkJ/kg2.几点说明：（1）物理意义：焓表示随工质流动而转移的总能量。（2）焓是一个状态参数。（3）焓的基准点可以人为确定。思考：什么条件下，热力学能和焓可以同时为“零”四.开口系统稳定流动能量方程式推导：选开口系统；假设：在时间t内流入：质量m1,,cf1流出：质量m2,cf2系统与外界：吸热Q，对外

8、做轴功Ws完成过程：工质质量m,总储存能ECV考察能量平衡：进入系统的能量–离开系统的能量=系统储存能的变化量分析：t时间内流入系统的能量；t时间内流出系统的能量；系统储存能的增量：整理：开口系统稳定流动的能量方程式适用条件（1）