热力学第一定律英文ppt
热力学第一定律
Q=0表示系统环境之间没有热交换,称为绝热 过程。
Δ
U是状态函数,只与始态和终态有关。 绝热过程W也只与始态和终态有关,与过 程无关。
热力学第一定律文字表述:
封闭系统绝热过程的功只与始末态有关,与具 体步骤无关。
其他表述:
隔离系统热力学能为常量。 第一类永动机不可能制成。
H(T2,V2, p2)= H(T2 , V2 , p1) 所以过程的ΔH相当于下过程的ΔH: (T1 , V1 , p1)→(T2 , V1 , p1) 所以:
已经求得ΔU时,可用ΔH= ΔU+ Δ(pV)计 算ΔH。 结合理想气体状态方程,有: ΔH= ΔU+ nR ΔT
W、Q计算需要给出具体过程。 一般先用计算W公式计算W, 然后由ΔU =Q+W求Q。
:
ΔU、ΔH关系: 由H=U+pV,得到: ΔH= ΔU+ Δ(pV)= ΔU+(p2V2- p1V1) ΔU = ΔH – Δ(pV)= ΔH –(p2V2-p1V1) 由上式子可求恒容过程的ΔH及恒压过程的 ΔU。
4 凝聚态物质的变温过程
恒温下凝聚态物质在压力变化不很大时候 (如<1MPa)可认为ΔU =0。则: ΔH= Δ(pV)
第二章 热力学第一定律
----------The First Law of Thermodynamics
热力学解决: 1 物质变化的能量问题。 2 变化的方向和限度问题。 物质变化的能量问题----热力学第一定律; 变化的方向和限度问题----热力学第二定律. 热力学第0定律:A-B热平衡,B-C热平衡,那 么A-C热平衡。
第一章热力学第一定律(Thefirstlawofthermodynamics)
容等表示.
★说明:(1)状态函数增量只与系统的始末态有关,与变化途径无关;
(2)热与功是两个过程函数,其值与变化途径密切相关。 途径不同,系统与环境之间功和热的交换也不一样。
2019/4/4 工科化学(1)课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作 13
根据过程进行的特定条件,过程分为: (1)等温过程(isothermal process) T1= T2= T环
摩尔值应为强度性质。
三、状态与状态函数
系统所有性质的综合表现称为系统的状态
系统的各宏观物理性质(如温度、压力、体积等
)均为状态的函数,称为状态函数,又称为系统的 热力学性质。
2019/4/4 工科化学(1)课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作 9
状态函数的特点
(1)定态有定值。(与其历史和达到该状态的历程无关) (2)系统状态的微小变化所引起状态函数的变化可以用全微分表 示,如dp、dV、dT等;
2019/4/4
10
四、热力学平衡状态
(equilibrium state of thermodynamics)
如果处在一定环境条件下的系统,其所有的性质均不 随时间而变化,而且当此系统与环境的一切联系均被隔离 后,也不会引起系统任何性质的变化,则称该系统处于热 力学平衡状态。
处于热力学平衡的系统必须同时满足下列平衡:
利用热力学第一定律计算变化中的热效应,利用热力 学第二定律解决各种物理化学过程变化的方向和限度问题 ,以及与相平衡、化学平衡、电化学、表面现象和胶体化 学中的有关基础理论问题。
5、有限粒子和极大量的粒子的性质从最初的量 变发展到质变。
2019/4/4
工科化学(1)课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作
第一章 热力学第一定律
1.2热力学基本概念
热和功
Closed system (t1)
Surroundings (t2)
热(heat):封闭体系与环境 之间因温差而传递的能量 > 0 吸热 规定:Q < 0 放热 功(work):封闭体系与环境之 间除热以外传递的其他一切能量 > 0 环境对体系做功 规定:W < 0 体系对环境做功
1、研究物质的宏观性质(
macroscopic properties )。
2、只需知道系统的起始状态和最终状态以及过程进
行的外界条件无需知道过程机理及物质结构。 3、研究的变量没有时间概念,不涉及速率问题。
局限性
不涉及微观结构(Microscopic)和反应 机制( Mechanism)。
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摩尔气体常数:
8.314 J / K ·mol
对于多组分均相系统的状态函数还与其组 成成分有关,即 V = f (p,T,n1, n2 ,n3……)
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注意:热力学定律并不能导出 具体系统的状态方程,它必须 由实验来确定。
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1
50
100
1.2热力学基本概念 state B path 2
path 1 state A
始态至终态的一切变化——过程(process) 具体步骤 —— 途径(path)
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1.2热力学基本概念
常见的变化过程有:
1.2热力学基本概念
状态函数具有下述特性:
1) 状态函数是状态的单值函数。 2)状态函数的改变量只取决于系统的始态和终态, 与变化的途径无关。 3)状态函数的微小变化,在数学上是全微分
热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics 共66页
热力学第一定律 (The First Law of Thermodynamics)
能量守恒与转换定律 能量之间数量的关系
A process must satisfy the first law of Thermodynamics to occur. (一个过程必须满足热力学第一定律才能发生)
能不能找出共同的规律性? 能不能找到一个判据?
热力学第二定律
研究过程的方向性和补偿限
§5.2 Statement and Essence of the Second Law of Thermodynamics (热力学第二定律的表述和实质)
热二律的表述有 60-70 种
传热
热功转换
1850年 克劳修斯表述
是否满足能量守恒与转换定律的过程一定都能自动发生?
Satisfying the first law alone does not ensure that the process will actually take place.
(但是,满足热力学第一定律的过程未必都能发生)
Chapter 5.The Second Law of Thermodynamics
This is thus in violation of the Kelvin-Planck statement of the second law.
Now suppose we have a heat engine which can convert heat into work without rejecting heat anywhere else.
空调,制冷
(Air-Conditioning, Refrigerating)
热力学第一定律
热力学第一定律科技名词定义中文名称:热力学第一定律英文名称:first law of thermodynamics其他名称:能量守恒和转换定律定义: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。
概述热力学第一定律热力学第一定律:△U=Q+W。
系统在过程中能量的变化关系英文翻译:the first law of thermodynamics简单解释在热力学中,系统发生变化时,设与环境之间交换的热为Q(吸热为正,放热为负),与环境交换的功为W(对外做功为负,外界对物体做功为正),可得热力学能(亦称内能)的变化为ΔU = Q+ W或ΔU=Q-W物理中普遍使用第一种,而化学中通常是说系统对外做功,故会用后一种。
定义自然界一切物体都具有能量,能量有各种不同形式,它能从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传递给另一个物体,在转化和传递过程中能量的总和不变。
英文翻译:The first explicit statement of the first law of thermodynamics, byRudolf Clausiusin 1850, referred to cyclic thermodynamic processes "In all cases in which work is produced by the agency of heat, a quantity of heat is consumed which is proportional to the work done; and conversely, by the expenditure of an equal quantity of work an equal quantity of heat is produced."基本内容能量是永恒的,不会被制造出来,也不会被消灭。
热力学第一定律(英文)
§2
The zeroth law of thermodynamics Macroscopic explanation of temperature Two systems are in thermal equilibrium if and only if they have the same temperature. Temperature is a physical quantity which determines if two systems would be in thermal equilibrium.
3.4 Work in quasistatic process without friction
We only discuss the work done in quasistatic process without friction. The work done by environment on the system
dW = W=
pdV Z
V2 V1
— pdV
infinitesimal process — finite process
The work done by the system on its environment
dW 0 = dW = pdV Z V2 0 W = W= pdV
V1
§3
The First Law of Thermodynamics
§1
Heat and Internal Energy
• Internal energy is the total energy associated with random motion. The change in internal energy in any process depends only on the initial and final states, not on the path how it changes. —– path-independent quantity • Heat is the energy that transferred from one object to another because of temperature. The heat will have di↵erent values for di↵erent processes. —– path-dependent quantity
第二章热力学第一定律
m out
u pv c / 2 gz min
in
流动时,总一起存在
焓的引入
定义:焓
h = u + pv
Q dEcv / W net u pv c / 2 gz h
2 2 out
m out
u pv c / 2 gz min h
总结: 开口系能量方程一般表达式:
Q =dEcv + ∑(h+ + gz)out mout ∑(h+ c2/2 + gz)in min + Wnet
2/2 c
以流率表示的开口系能量方程:
Q dEcv / W net u pv c / 2 gz h
2 2 out
1 q h c 2 g z ws 2
稳定流动能量方程
1 2 q h c g z ws 2
适用条件:
任何流动工质
任何稳定流动过程
技术功
Wt
1 2 Q mh mc mg z Ws 2 1 2 q h c g z ws 2 动能 位能 轴功 wt 机械能 工程技术上可以直接利用
间所传递的一种机械功,表现为流动工质进 出系统使所携带和所传递的一种能量
开口系能量方程的推导
uin pvin gzin Wnet mout uout pvout 1 2 cout gzout 2 min 1 2 cin 2
Q
Q + min(u + c2/2 + gz)in - mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv
热力学第一定律Energy and the First Law of Thermodynamics
PMM1
Proof: For a cycle consists of two processes A and B, one can write ∫cycdWadi = ∫1-A-2dWadi + ∫2-B-1dWadi since ∫cyc dWadi > 0 ∫1-A-2dWadi ≠ -∫2-B-1dWadi ≠ ∫1-B-2dWadi which violates the First Law. Therefore PMM1 is impossible.
Adiabatic Process
A process involves only work interaction is called an adiabatic process. An adiabatic boundary (or wall) is one permit only work interaction to occur.
Sign convention and Notation
W>0: work done by the system W<0: work done on the system
W
s的数值取决于系统变化的具体过程而 仅仅是系统的终、始状态。因此功不是一 个“Property”——状态参数。
(2.11)
通过2.11式也表达了能量可以从一种形式 转换成另外一种形式。
100 kg
2 KE 1 mv 0 2
PE mgh (100kg)(9.8m / s2 )(1m) 980J
1 meter
100 kg
2 KE 1 mv 980Joules 2 PE mgh 0 Joules
The First Law of Thermodynamics
热力学第一定律英语
热力学第一定律英语"The First Law of Thermodynamics"The First Law of Thermodynamics is a fundamental principle in the field of thermodynamics. It states that energy can neither be created nor destroyed in an isolated system; it can only be converted from one form to another or transferred from one place to another.Mathematically, it can be expressed as: ΔU = Q - W, where ΔU represents the change in internal energy of the system, Q is the heat added to the system, and W is the work done by the system on its surroundings.This law emphasizes the conservation of energy. For example, consider a gas enclosed in a cylinder with a movable piston. If heat is added to the gas (Q is positive), the internal energy of the gas may increase. Some of this increased internal energy might be used to do work on the piston, pushing it outwards (W is positive). The net change in the internal energy of the gas is determined by the difference between the heat added and the work done.In our daily lives, we can also see manifestations of this law. When we burn fuel in a car engine, the chemical energy of the fuel is converted into heat energy. Part of this heat energy is then converted into mechanical work to move the car, while some is lost as waste heat to the surroundings. But overall, the total amount of energy involved remains the same; it just changes forms and gets distributed in different ways.中文翻译:《热力学第一定律》热力学第一定律是热力学领域的一个基本原理。
热力学第一定律
工质的容 积变化功
膨胀功
工质机械 能的变化
维持工质流 动的流动功
工质对机 器作的功
热能转变成的机械能(由于膨胀而导致1的7 )
技术功:技术上可资利用的功,符号为
联立(2-18)与
,则
(2-19) (2-20)
18
对于可逆过程,
图中的阴影面积,即 对于微元过程,
图中的面积5-1-2-6-5
说明: (1)若dp为负(过程中工质压力降低),技 术功为正,工质对机器作功。如燃气轮机; (2)若dp为正,机器对工质作功,如活塞式 压气机和叶轮式压气机。
对于闭口系统:进入和离开系统的能量只包括热量和作功两项; 对于开口系统:进入和离开系统的能量除热量和作功外,
还有随同物质带进、带出系统的能量(因为有物 质进出分界面)
2
闭口系统的基本能量方程式
取气缸活塞系统中的工质为研究系统,考察其在状态变化过程 中和外界(热源和机器设备)的能量交换。由于过程中没有工 质越过边界,所以这是一个闭口系统。
的平均值为该截面的流速;
8
一、开口系统能量方程
开口系统内既有质量变化,又有能量变化,控 制体内应同时满足质量守恒与能量守恒关系。 考察以下开口系统(dτ)
9
➢ 从1-1’界面进入控制体流体的质量为 m1 ➢ 从2-2’界面进入控制体流体的质量为 m2
➢ 系统从外界吸热 Q ,对机器设备作功 Wi
加入系统的能量总和-热力系统输出的能量总和=热力系总储存能的增量
则有:
整理得:
11
考虑到
和
,且
,则上式可以写成
(2-13)
假设流进流出控制容积的工质各有若干股,则上式可写成
(2-14)
热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics
功的分类:
膨胀功(压缩功)------气体反抗外压所做的功 符号:We 规定:We = – pe dV
非膨胀功(其它功)电功、表面功等
符号:W′
第二章 热力学第一定律
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体积功的计算
We = – pe dV
为何要引入“–”?
气体膨胀:
系统对外做负功 dV > 0
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再回来看看始终态都相同的三个不同过程: (1) 自由膨胀 (2) 反抗恒外压膨胀 (3) 可逆膨胀 因为内能是状态函数所以三个过程内能的改变都相 等。即: Q1+W1 = Q2+W2 = Q3+W3 = U=U2 - U1
第二章 热力学第一定律
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U = Q + W
dU =Q +W 热和功都是过程函数,与具体过程有关。 内能是状态函数,只与始终态有关,与具体过程无关。
第二章 热力学第一定律
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谢谢大家!
第二章 热力学第一定律
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系统吸热为正 系统放热为负 Q 0 Q 0
----热是过程函数,与变化的具体途径有关, 不是状态函数。
第二章 热力学第一定律
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注意:能否问一个系统含有多少热?
答:不能,因为热是过程函数,不是体系的一
个性质。只能说体系的温度是多少。
第二章 热力学第一定律
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3、Internal Energy
① U是状态函数
状态一定,内能一定。内能的改
变量U只与始终态有关,而与
工程热力学(热力学第一定律)
e u 1 c2 gz 2
三、闭口系的能量方程——热力学第一定律基本表达式
Q U W
q u w
可逆: 微元:
2
Q U pdV 1
或
2
q u pdv 1
Q dU W 或 q du w
可逆: Q dU pdV 或 q du pdv
•工程热力学 Thermodynamics
五、 焓
•工程热力学 Thermodynamics
定义式 H U pV
比焓 h H u pv
m
物理意义: 焓是开口系统中流入(或流出)系统工质所携带
的取决于热力学状态的总能量。
•工程热力学 Thermodynamics
第六节 能量方程的应用
一 叶轮式机械 1、动力机(汽轮机,燃气轮机)
气,带动此压气机要用多大功率的电动机?
解(1)系统为闭口系,能量方程为:
q u w
则
w q u 50 150 200 kJ kg
•工程热力学 Thermodynamics
(2)系统 可视为稳定流动系统(如图所示)则能量方程为:
q
h
1 2
c
2
g
z
wsh
由: c2 0, gz 0
得: wsh q h q [u ( pv)] (q u) ( pv)
—热力学第一定律基本表达式
一、能量方程:
Esy U
(e2 m2 e1 m1) 0
Q U W 或
Wtot W
q u w
Q Esy (e2m2 e1m1) Wtot
二、分析 :
Q U W
外热能
内热能
热能
体积变化功
机械能
热力学第一定律2009
3. 状态函数(state function)与状态方程 (state equation) 状态述2mol理想气体 H2 ,101325Pa,298K
→V=?
V=f(n,P,T),
PV=nRT
状态函数的特性: 1)状态函数是状态的单值函数。 2)系统由某一状态变化到另一状态时,系统 状态性质的改变量只取决于系统的起始状态和 最终状态,而与系统变化的具体途径无关。 即:异途同归,值变相等;周而复始,数值还原。
3.热力学的方法与局限性
1)热力学的研究对象是具有足够大量质点的系 统,热力学只研究物质的宏观性质。 2)热力学只需知道系统的起始状态和最终状态 以及过程进行的外界条件。 3)在热力学所研究的变量中,没有时间的概念, 不涉及过程进行的速率问题。
第二节 热力学的基本概念
1 体系和环境(system and surroundings)
状态1
恒温过程
状态2
25℃,1×105Pa
定压
过程
25℃,5×105Pa
定压
过程
100℃,1×105Pa
恒温过程
100℃,5×105Pa
6. 功(work)和热(heat)和概念
热(heat)—由于系统与环境之间的温度差而造成的 能量传递称为“热”; 用符号Q表示.
Q,
系统吸热 +, 系统放热 -
3.什么是状态和状态函数,二者有何关系?
4.热力学第一定律的实质是什么?
For Example
5.判断下列说法是否正确: (1)状态固定后,状态函数都固定,反之亦然 (2)状态函数改变后,状态一定改变 (3)状态改变后,状态函数一定都改变 (4)U是状态函数 (5)ΔU是状态函数
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Internal Energy
The internal energy of a system of particles, U, is the sum of the kinetic energy in the reference frame in which the center of mass is at rest and the potential energy arising from the forces of the particles on each other.
The First Law
The first law of thermodynamics: the internal energy of a system can be changed by doing work on it or by heating/cooling it.
U = Q + W
conservation of energy.
In equilibrium [ f (P,V,T)=0 ] :
U = U (V, T)
U depends on the kinetic energy of particles in a system and an average inter-particle distance (~ V-1/3) – interactions. For an ideal gas (no interactions) :
Lecture 2 The First Law of Thermodynamics (Ch.1) Outline:
1. Internal Energy, Work, Heating
2. Energy Conservation – the First Law 3. Quasi-static processes 4. Enthalpy 5. Heat Capacity
D
C
V1
V2
V
PV diagram
- the work is negative for the “clockwise” cycle; if the cyclic process were carried out in the reverse order (counterclockwise), the net work done on the gas would be positive.
Work and Heating (“Heat”)
We are often interested in U , not U. U is due to: Q - energy flow between a system and its environment due to T across a boundary and a finite thermal conductivity of the boundary – heating (Q > 0) /cooling (Q < 0) (there is no such physical quantity as “heat”; to emphasize this fact, it is better to use the term “heating” rather than “heat”) W - any other kind of energy transfer across boundary - work
WORK
HEATING
Work and Heating are both defined to describe energy transfer across a system boundary. Heating/cooling processes: conduction: the energy transfer by molecular contact – fast-moving molecules transfer energy to slow-moving molecules by collisions; convection: by macroscopic motion of gas or liquid radiation: by emission/absorption of electromagnetic radiation.
Sign convention: we consider Q and W to be positive if energy flows into the system. For a cyclic process (Ui = Uf) Q = - W. If, in addition, Q = 0 then W = 0
U = Q + W
P
P2 P1
A B
U is a state function, W - is not thus, Q is not a state function either.
Wnet WAB WCD P2 V2 V1 P 1 V1 V2 P2 P 1 V2 V1 0
W and Q are not State Functions
W12 P(T ,V )dV
V1 V2
- we can bring the system from state 1 to state 2 along infinite # of paths, and for each path P(T,V) will be different.
system boundary
Difference between the total energy and the internal energy?
system
U = kinetic + potential
“environment”
B P V
T
A
The internal energy is a state function – it depends only on the values of macroparameters (the state of a system), not on the method of preparation of this state (the “path” in the macroparameter space is irrelevant).
f PV f U N in room k BT N in room PV 2 k BT 2
- does not ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱhange at all, an increase of the kinetic energy of individual molecules with T is compensated by a decrease of their number.
W12 P(T ,V )dV
W = - PdV - applies to any shape of system boundary
V1
V2
dU = Q – PdV
The work is not necessarily associated with the volume changes – e.g., in the Joule’s experiments on determining the “mechanical equivalent of heat”, the system (water) was heated by stirring.
T P
V
An equivalent formulation: Perpetual motion machines of the first type do not exist.
Quasi-Static Processes
Quasi-static (quasi-equilibrium) processes – sufficiently slow processes, any intermediate state can be considered as an equilibrium state (the macroparamers are welldefined for all intermediate states). Advantage: the state of a system that participates in a quasi-equilibrium process can be described with the same (small) number of macro parameters as for a system in equilibrium (e.g., for an ideal gas in quasiequilibrium processes, this could be T and P). By contrast, for nonequilibrium processes (e.g. turbulent flow of gas), we need a huge number of macro parameters. Examples of quasiequilibrium processes: isochoric: isobaric: isothermal: adiabatic: V = const P = const T = const Q=0
For quasi-equilibrium processes, P, V, T are well-defined – the “path” between two states is a continuous lines in the P, V, T space. P 2 V
T
1
Work
A – the
U = U (T) - “pure” kinetic
Internal Energy of an Ideal Gas