工程热力学第3讲-第2章-1热力学第一定律

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dS Qrev
T
ds qrev
T
ds: 可逆过程 qrev除以传热时的T 所得的商
熵的说明:
符号规定
–系统吸热时为正 Q > 0
dS > 0
–系统放热时为负 Q < 0
dS < 0
熵的物理意义:
–熵体现了可逆过程
–传热的大小与方向
–微观意义:系统内部分子的混乱程度
用途: –判断热量方向
CH2-2 热力学第二定律
1 热力学第二定律
2 卡诺循环、循环热效率和 卡诺定理
3 克劳修斯不等式
4 熵和熵方程
5 孤立系统熵增原理
学习要求
CH2-1 热力学第一定律
掌握热力学第一定律
掌握三种能量传递形式 (做功 / 传热 / 储存能变化)
掌握三种功
(容积功、推进功、技术功、轴功)
掌握三个能量方程 (闭口系统、开口系统、稳定流动)
程本身有关。
热量与容积变化功的比较:
能量传递方式 性质 推动力
容积变化功 过程量
压力 p
传热量 过程量
温度 T
标志 公式 条件
dV , dv w = pdv
准静态或可逆
dS , ds q = Tds
可逆
2.2 能量的传递形式
热量如何表达—“熵”( Entropy )的引入:
克劳修斯最早定义: 刘仙洲教授命名为“熵”
过程装备与控制工程专业
工程热力学
第三讲
山东大学机械工程学院 过程装备与控制工程研究所
本讲内容
CH2-1 热力学第一定律
1 热力学第一定律 本质 表述 表达式
2 能量的传递形式 做功 传热 储存能变化
3 能量方程 闭口系统能量方程 开口系统能量方程 稳定流动能量方程
–计算可逆过程的传热量
2.2 能量的传递形式
功W:
示功图与示热图: p
1
p
W pdV
W
p外
2
T Q TdS
Q
示功图
V
示热图
S
2.2 能量的传递形式
储存能E:
定义:物质本身所具有的能量。
移动
分类:
外部储存能 – 宏观动能 Ek = mc2/2 – 宏观位能 Ep = mgz
2
W 1 pdV
1kg工质:
w =pdv
2
w 1 pdv
p
1
p 1.
p外 2
W . 2
V
2.2 能量的传递形式
热量Q:
定义:热量是热力系与外界相互作用的另一种方式,在温度的 推动下,以微观无序运动方式传递的能量。
热量的单位:J KJ 热量的热力学符号约定:系统吸热为正,系统放热为负。 热量的性质:过程量——除与过程的初终状态有关外,还与过
2.1 热力学第一定律
基础:
热功当量测定
理论:迈耶 / 分子运动学说 实验:焦耳----热功当量
原理:水温升高可测得热 量, 重物下降可测得功
数学形式:亥姆霍兹
焦耳的实验研究:
数值:1 cal = 4.1868 J
焦耳是英国著名的实验物理学家,家境富裕。16岁在名家道尔顿处 学习,使他对科学浓厚兴趣。
–准静态容积功:w = pdv 只与系统内部参数有关 –不平衡过程容积功:w = Rdx 与边界、外界有关
非容积功:与容积变化无关的功。如拉伸功w拉伸= - dl ,表面 张力功w表面张力= - σdA,电功等等。
2.2 能量的传递形式
功W:
示功图 (p-V):
mkg工质:
W =pdV
能量的传递形式:
1)作功
与过程有关,通过边界
2)传热
与过程有关,通过边界
3)随物质进入或离开系统而带入或带出其本身所具有的能量。
↑与状态有关
2.2 能量的传递形式
功W:
功的定义: 力 力方向上的位移
热力学上功的定义I:当热力系与外界发生能量传递时,如果对外 界的唯一效果可归结为举起重物,此即为热力系对外作功。
内部储存能(内能)U
内能
分子动能 分子位能
化学能
转动 振动
– 内能U 代表储存于系统内部的能量。 核能
– 是温度和比容的函数,是状态量。
– 单位:J kJ
– 比内能u : kJ/kg
计算:
e = u + ek + ep E = U + Ek + Ep
2.2 能量的传递形式
内能U:
2.1 热力学第一定律
热力学第一定律表述:
热可以转变为功,功也可以转变为热;消耗一定的功必产生一定 的热,一定的热消失时,也必产生一定的功。
第一类永动机是不可能制成的。

本质:能量守恒与转换定律在热现象上的应用。
文字表达式:
进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统内部储存能量的增量
当时电机刚出现,焦耳在1841年发表文章指出:“热量与导体电阻和 电流平方成正比。”这就是著名的焦耳—楞次定律。
探求热和得到的或失去的机械功之间是否存在一个恒定的比值,又 成了焦耳感兴趣的问题。1845年,焦耳为测定机械功和热之间的转 换关系,设计了“热功当量实验仪”,并反复改进,反复实验。 1849年发表《论热功当量》。1878年发表《热功当量的新测定》, 最后得到的数值为423.85公斤·米/千卡。焦耳测热功当量用了三十 多年,实验了400多次,付出大量的辛勤劳动。
热力学上功的定义II:功是系统与外界相互作用的一种方式,在 力的推动下,通过有序运动方式传递的能量。
功的单位: J KJ
功的热力学符号约定:系统对外界作功取为正,外界对系统作功 取为负。
比功w:
定义:单位质量的物质所作的功。
单位:J/kg
功率N:
定义:单位时间内完成的功。
单位:W
1 马力 =735 瓦
2.2 能量的传递形式
功W:
功的性质:过程量——除与过程的初终状态有关外,还与过程本 身有关。
微元过程功δW:表示一个无限小的功量,而不是功的无限小增量。
2
1 W W W2 W1
功的一般表达式:W = F dx
功的分类: 容积功:气体膨胀或者气体受压缩时外界对气体所作的功。
dU 的物理意义:代表闭口系统某微元过程中系统通过边界交换的
微ห้องสมุดไป่ตู้量与微功量两者之差值,也即系统内部能量的变化。
内能总以变化量出现,内能零点人为确定。
内能的导出:
根据热力学第一定律:
Q
W
对于循环
(Q W ) 0
即dU = Q - W=0
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