第四章热力学第一定律
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第四章 热力学第一定律 4
1 V4 T1 T2 V1
Q2 Q1
V3 V2
V2 V1 V2 V1
V4 V1
V3 V4
V2 V1
Q 2 R T 2 ln
V2 V1
R T 2 ln
T2 T1
R T1 ln
Q2 Q1
V R T 2 ln 2 V1
Q 2 Q1 j
j1
n
§4.6.2 卡诺热机
为了对热机的最大可能效率进行理论研究，1824年法国工 程师卡诺设想了一种理想的热机，称为卡诺热机；这种热机的 循环过程称为卡诺循环。 卡诺循环在温度为T1、T2的两个热源间工作，由两个等温 过程和两个绝热过程构成。一般所说的卡诺循环是准静态的， 且无摩擦等耗散现象。 P 当工质是气体时，卡诺循 环可以用P-V图表示。 可见：在卡诺循环中，工质从T1 热源吸热Q1，向T2热源放热 Q 2 ， 向外输出功W′ 。
T
⑵ 转换点、转换曲线：
同一工质在不同的温度段对应的焦汤系 数的趋势是可以不同的。 从T-P 图上看，这种现象是由等焓线的斜率决定的。
P
⑵ 转换点、转换曲线： 同一工质在不同的温度段对应的焦汤系数的趋势是可以不同的。 从T-P 图上看，这种现象是由等焓线的斜率
T P H
则有：
W' Q1
Q1 Q2 Q1 1 Q2 Q1
——热机效率
说明
若循环存在m个高温热源，n个低温热源，热机的吸放热为：
Q 1 i ( i 1, 2 , m ) 及 Q 2 j ( j 1, 2 , n )
则热机效率公式中的吸放热为：
第4章热力学基本定律
（1）系统内发生的所有变化都必须可逆
（2）系统与环境之间的相互作用也是可逆进行；
• （1）封闭体系
Wid U p0 V T0 S
• （2）稳流系统
体积功
1 2 Wid H u gZ T0 S 2
Wid H T0 S
动能和势能忽略
理想功
• 理想功实际上是一个理论上的极限值，在 与实际过程一样的始终态下，通常作为评 价实际过程能量利用率的标准；
（1）设备内各点的状态不随时间变化 （2）垂直于流向的各个截面处的质量流率相等。
1 1 m1 m2 Q Ws d mE H u 2 gZ H u 2 gZ 2 2 dt dt dt 1 dt 2 dt
4.2 热力学第二定律的各种文字表述
克劳修斯说法：热不可能自动从低温物体传给高 温物体
开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全变
为有用的功而不引起其他变化
自发的过程是不可逆的
热机的热效率
高温热源 T1
W Q1 Q2 Q1 Q1
火力发电厂的热效率大约为35% 卡诺热机的效率
Q1 Q2 T1 T2 Q1 Q2 W Q1 Q1 T1 Q1
低温热源 T2
W 1 Q1
热与功不等价
熵的概念
T1 T2 Q1 Q2 T1 Q1
Q1 Q2 0 T1 T2
无限小的可逆的卡诺热机有：
Q1
T1
Q2
T2
0
任意的可逆循环
Qrev
T
0
熵是状态函数
dS
Qrev
T
化工热力学第四章热力学第一定律及其应用课件
400
2.0
23.80J mol 1K 1
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
熵变为正值。对于绝热过程，环境没有熵变，因而孤立体系 熵变也为正值，这表明节流过程是不可逆的。此例说明，第三章 的普遍化关联法也可以应用于节流过程的计算。
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
例 4—3 300℃、4.5 MPa乙烯气流在透平机中绝热膨胀到 0.2MPa。试求绝热、可逆膨胀（即等熵膨胀）过程产出的轴功。 （a）用理想气体方程；（b）用普遍化关联法，计算乙烯的热
即：
能入 能出 能存
封闭体系非流动过程的热力学第一定律：
U Q W
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用 第一节
§4-2 开系流动过程的能量平衡
开系的特点： ① 体系与环境有物质的交换。 ② 除有热功交换外，还包括物流输入和 输出携带能量。
开系的划分： ➢ 可以是化工生产中的一台或几台设备。 ➢ 可以是一个过程或几个过程。 ➢ 可以是一个化工厂。
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
例 4—2 丙烷气体在2MPa、400K时稳流经过某节流装置后 减压至0.1MPa。试求丙烷节流后的温度与节流过程的熵变。
[解] 对于等焓过程，式（3—48）可写成
H
CP T2 T1
H
R 2
H1R
0
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
已知终压为0.1MPa，假定此状态下丙烷为理想气体，
S
C* pms
ln T2 T1
R ln
P2 P1
S1R
因为温度变化很小 ，可以用
C* pms
C* pmh
92.734J
mol 1
第4章热力学第一定律及其应用
2)求状态2的 U 2 和 Q ： 2)求状态 求状态2 Q 忽略液体的体积： v2sv = 1V1 = 11000 = 254.8cm3 ⋅ g −1 = 2v1sv 忽略液体的体积：
2
m
z
2
×7.85
查表：（近似值） 查表：（近似值）P2 = 7.917×105 Pa ：（近似值
2 2
sv ∴U 2 = 2576.5J ⋅ g −1
sl sv sl U 2 = 718.33J ⋅ g −1 ∴U 2 = 1 (U 2 + U 2 ) = 1 ( 2576.5+ 718.33) = 1647.4 J ⋅ g −1
∴Q = 7.85 × (1647.4− 2595.3) = −7441J = −7.44KJ
“-”表示需从体系移出热量
4.1闭系非流动过程的能量平衡 4.1闭系非流动过程的能量平衡
热力学第一定律表达式为： 热力学第一定律表达式为： 式中： 式中： —物质内能的变化 —动能的变化， 动能的变化，
—位能的变化
∆u 2 g ∆Z ∆U + + = Q −W 2 gC gC
式中: 式中:
—由于系统与环境之间存在的温差而导致的 能量传递。 能量传递。 —由于系统的边界运动而导致的系统与环境 之间的能量传递。 之间的能量传递。 范围：适用于任何物质的可逆与不可逆过程。 范围：适用于任何物质的可逆与不可逆过程。
状态1 状态1： P1=15.54×105Pa 1 L =15.54× 饱和水蒸汽 mz 1)容器内蒸汽的质量 mz 和 U1 ： 1)容器内蒸汽的质量
状态2 状态2： 1 L
1 m汽 = m液 = mz 2
查水蒸汽表压力表（陈新志） 查水蒸汽表压力表（陈新志）P250： P1=15.54×105Pa 干饱和蒸汽 t1=20℃ =15.54× =20℃
4-3热力学第一定律
方程,称为过程方程。
第四章 热学基1础
4－3 热力学第一定律 二、内能
气体的内能就是气体内大量分子热运动的能 量与分子之间相互作用的势能的总和.
理想气体内能:表征系统状态的单值函数,理 想气体的内能仅是温度的函数 .
E E(T )
当系统状态变化时，系统 内能的增量只与系统起始和 终了状态有关，与系统所经 历的过程无关 .
系统放热 内能减少 外界对系统做功
物理意义
Q E A
1）能量转换和守恒定律 . 第一类永动机是不 可能制成的 .
2）实验经验总结，自然界的普遍规律 .
第四章 热学基5础
4－3 热力学第一定律
四、气体做功的公式
p
Ⅰ*
*Ⅱ
S
o V1 V V dV V2 V
F pS
S
dx
准静态过程功的计算
三、热力学第一定律
p
Ⅰ*
Q E A
*Ⅱ
o V1
V2 V
热力学第一定律：在系统变化的过程中,系统所 吸收的热量,等于系统内能的增量与系统对外界作功 的和.
微小过程 dQ dE dA
第四章 热学基4础
4－3 热力学第一定律
第一定律的符号规定
Q
E2 E1
A
+ 系统吸热 内能增加 系统对外界做功
4－3 热力学第一定律
一、准静态过程（理想化的过程）
准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过 的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程.
p
p1 1 ( p1,V1,T1)
密集的平衡态实
际上形成一条曲线,称
p2
2 ( p2 ,V2 ,T2 ) 为气体准静态过程的 过程曲线,这条曲线的
热学第二版-秦允豪-第四章答案
第四章热力学第一定律(题号有所不同)5－1.0.020Kg的氦气温度由升为，若在升温过程中：（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；（3）不与外界交换热量，试分别求出气体内能的改变，吸收的热量，外界对气体所作的功，设氦气可看作理想气体，且，解：理想气体内能是温度的单值函数，一过程中气体温度的改变相同，所以内能的改变也相同，为：热量和功因过程而异，分别求之如下：（1）等容过程：V=常量A＝0由热力学第一定律，（2）等压过程：由热力学第一定律，负号表示气体对外作功，（3）绝热过程Q＝0由热力学第一定律5－2.分别通过下列过程把标准状态下的0.014Kg氮气压缩为原体积的一半；（1）等温过程；（2）绝热过程；（3）等压过程，试分别求出在这些过程中气体内能的改变，传递的热量和外界对气体所作的功，设氮气可看作理想气体，且，解：把上述三过程分别表示在P-V图上，（1）等温过程理想气体内能是温度的单值函数，过程中温度不变，故由热一、负号表示系统向外界放热（2）绝热过程由或得由热力学第一定律另外，也可以由及先求得A（3）等压过程，有或而所以＝＝＝由热力学第一定律，也可以由求之另外，由计算结果可见，等压压缩过程，外界作功，系统放热，内能减少，数量关系为，系统放的热等于其内能的减少和外界作的功。
5－3 在标准状态下的0.016Kg的氧气，分别经过下列过程从外界吸收了80cal的热量。
（1）若为等温过程，求终态体积。
（2）若为等容过程，求终态压强。
（3）若为等压过程，求气体内能的变化。
设氧气可看作理想气体，且解：（1）等温过程则故（2）等容过程（3）等压过程5－4 为确定多方过程方程中的指数n，通常取为纵坐标，为横坐标作图。
试讨论在这种图中多方过程曲线的形状，并说明如何确定n。
解：将两边取对数或比较知在本题图中多方过程曲线的形状为一直线，如图所示。
直线的斜率为可由直线的斜率求n。
或即n可由两截距之比求出。
5－5 室温下一定量理想气体氧的体积为，压强为。
新版热学(秦允豪编)习题解答第四章热力学第一定律-新版.pdf
CV T0 2
CV （
R 2R
1
1
27 3 2
T2 T0
T0
（2）由（ 1）式：
8
3
1.5 ）
（3）左侧初态亦为 P0 T 0 V 0 ，终态为 P1V1T1
27
P1 P2
P0
∵ 活塞可移动，
8 ，由 PV
RT
RT 2
P0 V 0 T 2
V2
P2
T0
P2
14
V 1 2V 0 V 2
V0
9
P0V 0
3 T0
19
23
q 2 1 .60 10
6 .02 10 C
（ q 2N Ae ）
两极间电压为 ， A q
19
A 1 .229 2 1 .60 10
6 .02
Q'
5
2. 858 10
23
10
82 . 84 %
4.4.7 设 1mol 固 体状 态 方程 为： v v 0 aT bP ， 内 能 表示 为： u CT
Py L y S
P0 LS
其中 P0
gh 0
Py P0 可改写为
L Ly
1 P0
对微小振动 y L
Py P0
y 1
L
y
1 P0
1
1 P0
L
y P0
L
h0 gy
L
由功能关系：
m gy
1 mv 2 2
m max gy max
AP
式中 A P 是由于右端空气压强 P y 与左端空气压强 P0 对水银柱作功之和，且
2
T0
27 P0
8
热学学 第四章 热力学第一定律.
《论有机体的运动与物质代谢关系》1845 植物吸收了太阳能，把它转化为化学能。动物摄取
植物，通过氧化把化学能转化为热和机械能。
16
亥姆霍兹 德国 物理学家（1821～1894） 《力之守恒》 化学、力学、电磁学、热学
17
• 2 内能
内能：在热学参考系下，所有分子的无规则运动的能量之和。
热学参考系：使系统宏观静止的参考系
用的能量，在过程中保持为常数，因此可以省略。
• 内能具体包含哪些能量---普遍
分子的动能(包括平动、转动、振动)
+分子内部的振动势能
+分子间的势能
18
---原子核内的能量，不能被运用，省略。 ---系统整体运动的能量，不是内能，排除。 (系统的整体平动、转动的动能) ---对于理想气体，分子间势能在任何过程中始终保持为常数， 可以省略。 • 例子：单原子分子理想气体的内能。 每个分子的动能之和。---热学坐标系。 • 例子：刚性双(多)原子分子理想气体的内能。 每个分子的平动动能之和，每个分子的转动动能之和。 • 例子：非刚性双(多)原子分子理想气体的内能。 每个分子的平动动能之和，每个分子的转动动能之和。每个分 子的振动动能之和，每个分子的振动势能之和。 • 例子：前面的例子都为非理想气体时。 都要包含分子间的势能之和。
系统和外界在非功过程交换的能量，称为热量
注意：1）热量过程量。
2）系统和外界必须有温度差，才能交换热量。
3）系统和外界交换能量的方式只有两种：功，热量。
§4.3 热力学第一定律
本质：能量转化和守恒定律在热学系统的表现。
1 历史
14
焦耳(1818-1889),英国。 热功当量
w电＝I 2Rt＝JQ w重力＝JQ Q cmT
植物，通过氧化把化学能转化为热和机械能。
16
亥姆霍兹 德国 物理学家（1821～1894） 《力之守恒》 化学、力学、电磁学、热学
17
• 2 内能
内能：在热学参考系下，所有分子的无规则运动的能量之和。
热学参考系：使系统宏观静止的参考系
用的能量，在过程中保持为常数，因此可以省略。
• 内能具体包含哪些能量---普遍
分子的动能(包括平动、转动、振动)
+分子内部的振动势能
+分子间的势能
18
---原子核内的能量，不能被运用，省略。 ---系统整体运动的能量，不是内能，排除。 (系统的整体平动、转动的动能) ---对于理想气体，分子间势能在任何过程中始终保持为常数， 可以省略。 • 例子：单原子分子理想气体的内能。 每个分子的动能之和。---热学坐标系。 • 例子：刚性双(多)原子分子理想气体的内能。 每个分子的平动动能之和，每个分子的转动动能之和。 • 例子：非刚性双(多)原子分子理想气体的内能。 每个分子的平动动能之和，每个分子的转动动能之和。每个分 子的振动动能之和，每个分子的振动势能之和。 • 例子：前面的例子都为非理想气体时。 都要包含分子间的势能之和。
系统和外界在非功过程交换的能量，称为热量
注意：1）热量过程量。
2）系统和外界必须有温度差，才能交换热量。
3）系统和外界交换能量的方式只有两种：功，热量。
§4.3 热力学第一定律
本质：能量转化和守恒定律在热学系统的表现。
1 历史
14
焦耳(1818-1889),英国。 热功当量
w电＝I 2Rt＝JQ w重力＝JQ Q cmT
《热学》第四章和第五章复习
第四章 热力学第一定律 基本要求一、 可逆和不可逆过程 （1）准静态过程（2）理解什么是可逆过程，什么是不可逆过程.知道只有无耗散的准静态过程才是可逆过程。
二、 功和热量 （1）明确功是在力学相互作用过程中能量转移，热量是在热学相互作用过程中的能量的转移，它们都是过程量，它们都是过程量。
知道“作功”是通过物体宏观位移来完成；而“热传递”是通过分子之间的相互作用来完成。
（2）知道功有正负，熟练掌握从体积膨胀功微分表达式pdV W d -=出发计算体积膨胀功。
从几何上理解功的大小等于p-V 图上热力学过程曲线下面的面积。
三、热力学第一定律（1）知道能量守恒与转化定律应用到热学中就是热力学第一定律。
明确热力学第一定律是把内能、功和热量这三个具有能量量纲的物理量结合在一个方程中：即 W Q U +=∆； （2）一微小过程中热力学第一定律表示为：W d Q d dU +=；对于准静态过程热力学第一定律表示为：pdV Q d dU -=（3）内能是态函数，内能一般应是温度和体积的函数。
内能应当包含分子的热运动动能和分子之间的相互作用势能，也应包括分子内部的能量；在热学中的内能一般不包括系统做整体运动的机械能。
四、热容和焓（1）知道热容的定义、热容是过程量、热容与物体的量有关。
（2）知道焓的定义pV U H +=;知道焓的物理意义。
五、热力学第一定律对理想气体的应用（1）知道焦耳定律；即理想气体的内能仅是温度的函数；知道理想气体的焓也只是温度的函数。
内能和焓的微分可分别表示为：dT C dU m V ,ν=；dT C dH m p ,ν=；这两个公式适用于理想气体任何过程。
（2）理想气体的准静态过程的热力学第一定律可表示为pdV dT C dQ m V +=,ν；利用上式可得迈耶公式：R C C m V m p =-,,ν；（3）会熟练利用热力学第一定律处理一些常见热力学过程。
（4）会推导准静态绝热过程方程，熟记并会熟练利用绝热过程方程，同时应知道绝热过程方程的适用条件。
大学物理第4章-热力学第一定律
mol 理想气体的内能：
i E νRT 2
理想气体的内能是温度 T 的单值函数
i ΔE νR ΔT 2
QUIZ Jack’s death due to the loss of a) love b) temperature c) heat d) internal energy
热量是过程量，内能是状态量。
二、热 量
dQ 0 表示系统从外界吸热； dQ 0 表示系统向外界放热。
在SI制中：焦耳(J)
准静态过程中传递的热量是过程量。
三、热量的单位
结 论：
热量和功是系统状态变化中伴随发生的两种 不同的能量传递形式。它们的物理本质不同 宏观运动 分子热运动 功 热量 分子热运动 分子热运动
作功和传热的大小不但与系统的初、末态有关， 而且与过程有关，它们都是过程量，不是状态量， 因而微量功和微量传热分别写成 dA和dQ,它们不是全 微分。
dQ Cp ( )p dT
摩尔定压热容 Cp,m
i i Q E A RT RT 1 RT 2 2
Cp，m 1 dQ i 1 R dT p 2
：摩尔数
i：自由度数
三、迈耶公式及比热容比 摩尔定体热容 CV,m 摩尔定压热容 Cp,m 迈耶公式 比热容比
CV,m 3 R 2
5 R 2
Cp,m 5 R 2 7 R 2
1.67 1.40
刚性多原子分子
3R
4R
1.33
思考：为什么理想气体任意两状态间内能的变 化可表示成摩尔定体热容 CV,m 与温度变化乘积 的关系，而不是摩尔定压热容 Cp,m 与温度变化 乘积的关系？
大学物理-热力学
存在温差而发生的能量传递 .
功与热量的异同 1）过程量：与过程有关；
T1 T2
T1 Q T2
2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；
1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡
3）功与热量的物理本质不同 .
功
宏观运动
分子热运动
热量
分子热运动
分子热运动
五、 内 能 （状态量）
物体内分子做无规运动的动能和势能的总和叫做 物体的内能。内能由系统的状态唯一地决定。内能的 改变量只由初末状态决定，和变化的具体过程无关。
p
A*
1
p
A*
1
2 *B
o
V
2 *B
o
V
理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数 ,
理想气体 的内能仅是温度的函数 U U (T )
永 动 机 的 设 想 图
第一类永动机试图在不获 取能源的前提下使体系持续 地向外界输出能量。历史上 最著名的第一类永动机是法 国人亨内考在十三世纪提出 的“魔轮”，十五世纪，著 名学者达芬奇也曾经设计了 一个相同原理的类似装置， 1667年曾有人将达芬奇的设 计付诸实践，制造了一部直 径5米的庞大机械，但是这些 装置经过试验均以失败告终。
Cp,m CV ,m R
CV ,m
CV ,m
CV ,m
R 1
R
1
W 1 (T1 T2 ) 1 ( p1V1 p2V2 )
绝热过程方程的推导
dQ 0, dW dU pdV vCV ,mdT
pV vRT
pdV Vdp R pdV CV ,m
整理得
dp dV 0
pV
p
p2
2 T2
热学_热力学第一定律
3、理想气体在几种等值过程中功的计算 前提：理想气体的无摩擦准静态过程。 等温过程：
W =∫
V2
V1
V2 dV = νRT ln pdV = νRT ∫ V1 V V1
V2
气体膨胀时， d V > 0
d W > 0 系统对外界作功。
p p2 C
等 温
Q P1V1 = P2V2
A
P1 W = νRT ln P2
1)对过程 adb
0 a d V
Qadb = ΔU &#
2)对过程 ba
Qba = ( U a − U b ) + W2 = −105 − 42 = −147 J
放热
§4.4 一、定体热容与内能
热容量与焓
p b d c a T 0 V e T+dT
等体过程a—b, ΔV=0，W=0
宏观位移 转 换 分子间作用 传 递
1卡 = 4.18 焦耳 系统内能 系统内能
外界机械能 外界内能
§4.3 内能 热力学第一定律 一、内能 1. 定义： 微观上：热力学系统内部的能量。 包括所有分子热运动动能EK与分子间的势能EP
U = Uk + U p
U = U ( T ,V )
宏观上：系统内能的增量等于绝热过程中外界对 系统作的功。——内能定理
△U > 0 ，系统内能增加。△U < 0，系统内能减少。
2）热力学第一定律的另一种表述： 第一类永动机是不可能制成的。 第一类永动机：不需要任何动力 和燃料，却能对外作功的机器。
3） Q = Δ U + W , dQ = dU + dA 适用于任何系统的任何过程
对微小准静态过程： d Q = d U + p d V 对有限准静态过程： Q = Δ U + pdV V1 i 而 Δ U = ν R Δ T 只适用于理想气体。 2 4）热力学第一定律是大量实验的结果，具有普遍性。 5）实质是包含热能在内的能量转化与守恒定律。
第四章热力学第一定律
转化为热量Q向外释放； 若：dV 0, 等温膨胀，气体对外所做功 PdV > 0，
来源于自外界吸收的热量Q。
V2
W PdV
V1
V2
因而准静态过程的吸热情况为： Q W PdV
V1
理气等温过程内能不变： dU=0
Q
W
V2
PdV
V1
T2
RT
T1
dV V
RT lnV2
V1
RT ln P1
T1
T1
T1
T1
T2
T2
T2
( C p,m R)dT (CP,m R)dT CV ,mdT
T1
T1
T1
三、等温过程：
P
T=常量，dT=0 的过程
理气等温过程内能不变： dU=0 o
U2 U1 0 Q W
T1 T2 V
若：dV 0, 等温压缩，外界对气体所做功 -PdV > 0，
打开活塞阀门，使气体膨胀到B中。 此过程外界没有对气体做功，气体也没有对外界做功，因 而这是不受阻碍的自由膨胀，有：
W外气= W’气外=0 ΔW 0 当气体自由膨胀并与水达平衡后用温度计测量水温。
实验表明： ΔT 0
ΔQ 0 绝热自由膨胀过程
ΔU ΔQ ΔW 0
即：自由绝热膨胀中恒有：
CP,m
CV ,m
dQP ,m dT
dQV ,m dT
R
dQP,m dQV ,m RdT
例：如图，同种单原子理想气体放在同 一容器的两个部分，抽去中间隔板 使之均匀混合。求：混合后的温度 和压强。
解：绝热： ΔQ 0
混合前后： ΔV 0 ΔW 0
绝热壁
P1 V1 T1
热力学第一定律
1. 作用形式
热力学系统中的力学作用形式多样， 如：压强、表面张力、弹性力、 电磁力、等等。
2. 作用效果
使热力学系统的力学平衡条件被破坏，在系统状态 变化过程中伴随有能量转移，其形式即：作功。
3. 一些常见过程中元功的计算
作用力为广义力， 状态变化量为广义位移，
记 Y 为广义力，X 为广义位移，
则其元功为： W YX .
3.车载的能量有限。
冷却外壳
离合器部分
驱动电机系统概述
二、驱动电机的分类
按照结构和工作原理不同，目前的驱动电动机有直流电动机、交流异步电动 机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机等几种。
1.直流电动机 直流电动机通过定子绕组产生磁场，向转子绕组通入直流电，并用换向装置对 绕组内电流在适当时候进行换向，使转子绕组始终受到固定方向的电磁转矩。
驱动电机系统概述
一、驱动电机简介
用于驱动车辆的电动机称为驱动电动机。其任务是在驾驶人的控制下，高效
率地将蓄电池的电量转化为车轮的动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。
驱动电动机的工作条件与一般工业电动机有明显不同，体现在以下方面。
1.驱动电动机的转速、转矩变化范围大；
发动机
电动机
就业变速箱
2.驱动电动机所处的使用环境恶劣；
三、驱动电机的额定指标 驱动电动机的额定指标是指根据国家标准及电动机的设计、试验数据而确定的额
定运行数据，是电动机运行的基本依据。电动机的额定指标主要包括以下各项。 1.额定功率。额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机械功率（W或kW）。 2.额定电压。额定电压是指外加于线端的电源线电压（V）。 3.额定电流。额定电流是指电动机额定运行（额定电压、额定输出功率）情况下
热力学系统中的力学作用形式多样， 如：压强、表面张力、弹性力、 电磁力、等等。
2. 作用效果
使热力学系统的力学平衡条件被破坏，在系统状态 变化过程中伴随有能量转移，其形式即：作功。
3. 一些常见过程中元功的计算
作用力为广义力， 状态变化量为广义位移，
记 Y 为广义力，X 为广义位移，
则其元功为： W YX .
3.车载的能量有限。
冷却外壳
离合器部分
驱动电机系统概述
二、驱动电机的分类
按照结构和工作原理不同，目前的驱动电动机有直流电动机、交流异步电动 机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机等几种。
1.直流电动机 直流电动机通过定子绕组产生磁场，向转子绕组通入直流电，并用换向装置对 绕组内电流在适当时候进行换向，使转子绕组始终受到固定方向的电磁转矩。
驱动电机系统概述
一、驱动电机简介
用于驱动车辆的电动机称为驱动电动机。其任务是在驾驶人的控制下，高效
率地将蓄电池的电量转化为车轮的动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。
驱动电动机的工作条件与一般工业电动机有明显不同，体现在以下方面。
1.驱动电动机的转速、转矩变化范围大；
发动机
电动机
就业变速箱
2.驱动电动机所处的使用环境恶劣；
三、驱动电机的额定指标 驱动电动机的额定指标是指根据国家标准及电动机的设计、试验数据而确定的额
定运行数据，是电动机运行的基本依据。电动机的额定指标主要包括以下各项。 1.额定功率。额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机械功率（W或kW）。 2.额定电压。额定电压是指外加于线端的电源线电压（V）。 3.额定电流。额定电流是指电动机额定运行（额定电压、额定输出功率）情况下
第四章热力学第一定律及其应用
t2
t2 1 2 1 E Q W s (hi gzi ui )midt (hj gzj u 2 j )mjdt t1 t 1 2 2 i j
（4-7）
3.2开系流动过程的能量平衡
对于时间为dt的微量变化过程，上式可 改写成
dE Q W s 1 1 ( ) (hi gzi u i2 )mi (hi gzi u 2 j )mj dt dt dt 2 2 i i （4-8）
4.3.1开系流动过程的能量平衡
0=Q-Ws-△H-△Ep-△Ex
H hjmj himi
j i
(4-9) (4-10)
(4-11) (4-12)
Ep mjgzj migzi
j i
1 1 2 EK mju j miui2 j 2 i 2
4.3.1开系流动过程的能量平衡 若进入和离开开系的物料都只有一种，在 此情况下 m = mi = mj 式（4-10）至式（4-12）可简化成 Δ H=m(hj - hi) = mΔ h (4-13) Δ EP=mg(zj-zi)=mgΔ z (4-14) Δ EK=(1/2)m(u2j-u2i)=(1/2)mΔ u2 (4-15)
4.1闭系非流动过程的能量平衡
研究化工过程能量变化，对于降低 能量消耗，合理地利用能量是十分 重要的。 体系和外界 热力学体系分为孤立体系、封闭体 系（简称闭系）和敞开体系（简称 开系）。
U = q – w (4-1)
4.2开系流动过程的能量平衡
根据能量守恒原理 体系的能量变化=与外界交换的净能量 在开系的边界上，不仅有以热和功形式 的能量通过，而且还允许有物质通过。 因此，在式（3-1）的右边除了热和功外， 还应考虑由于物质进入和离开体系引起 的能量交换。如果通过边界的物质所携 带的能量只限于内能、位能和动能，则 单位质量流体携带的能量e为：
t2 1 2 1 E Q W s (hi gzi ui )midt (hj gzj u 2 j )mjdt t1 t 1 2 2 i j
（4-7）
3.2开系流动过程的能量平衡
对于时间为dt的微量变化过程，上式可 改写成
dE Q W s 1 1 ( ) (hi gzi u i2 )mi (hi gzi u 2 j )mj dt dt dt 2 2 i i （4-8）
4.3.1开系流动过程的能量平衡
0=Q-Ws-△H-△Ep-△Ex
H hjmj himi
j i
(4-9) (4-10)
(4-11) (4-12)
Ep mjgzj migzi
j i
1 1 2 EK mju j miui2 j 2 i 2
4.3.1开系流动过程的能量平衡 若进入和离开开系的物料都只有一种，在 此情况下 m = mi = mj 式（4-10）至式（4-12）可简化成 Δ H=m(hj - hi) = mΔ h (4-13) Δ EP=mg(zj-zi)=mgΔ z (4-14) Δ EK=(1/2)m(u2j-u2i)=(1/2)mΔ u2 (4-15)
4.1闭系非流动过程的能量平衡
研究化工过程能量变化，对于降低 能量消耗，合理地利用能量是十分 重要的。 体系和外界 热力学体系分为孤立体系、封闭体 系（简称闭系）和敞开体系（简称 开系）。
U = q – w (4-1)
4.2开系流动过程的能量平衡
根据能量守恒原理 体系的能量变化=与外界交换的净能量 在开系的边界上，不仅有以热和功形式 的能量通过，而且还允许有物质通过。 因此，在式（3-1）的右边除了热和功外， 还应考虑由于物质进入和离开体系引起 的能量交换。如果通过边界的物质所携 带的能量只限于内能、位能和动能，则 单位质量流体携带的能量e为：
大学物理5-1热力学第一定律
§1.准静过程
2. 热力学过程: 系统状态的变化过程。 准静态过程：每一个中间状态都是平衡 态的热力学过程。
驰豫时间
系统从非平衡态过渡到平衡态所用的时间.
如果过程进行的时间t > , 系统来得及恢
复平衡态, 可视为准静态过程；
如果过程进行的时间t < , 系统来不及恢
复平衡态, 则为非准静态过程；
因此，可以引进一个与过程无关的态 函数，称为内能。 U U(T ,V )
内能的增量（终态2与初态1之间的差 值）等于绝热过程中系统对外界所作功 的负值。 U2 U1 A绝热
3. 热力学第一定律
设一热力学系统，初始时 内能为U1, 如果系统吸热， 使系统内能增加到U2，系 统对外作功A, 由能量守恒 与转换定律
热力学第一定律对微小过程的应用
dQ dU dA
二、热力学第一定律
1. 功的表达式
dA PSdl PdV
A V2 PdV V1
其物理意义为p V图上 过程曲线与V轴所包的面积
体积膨胀，系统对外作正功， 体积缩小，系统对外作负功，
功与过程有关。
2.内能是态函数 大量实验事实表明：绝热隔离体系从
确定的初态到确定的末态，永远完成同样大小的功。
第四章 热力学基础
第一节 热力学第零定律
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, 则它 们彼此也必定处于热平衡。
定律表明：一切互为热平衡的系统具有 相同的宏观性质 ---- 温度
第二节 热力学第一定律
一、热力学系统与热力学过程 1. 热力学系统：由大量分子所组成的宏观体系。 孤立系统：与外界环境没有任何相互作用. 封闭系统：与外界没有物质交换. 绝热系统：与外界没有热量交换.
2. 热力学过程: 系统状态的变化过程。 准静态过程：每一个中间状态都是平衡 态的热力学过程。
驰豫时间
系统从非平衡态过渡到平衡态所用的时间.
如果过程进行的时间t > , 系统来得及恢
复平衡态, 可视为准静态过程；
如果过程进行的时间t < , 系统来不及恢
复平衡态, 则为非准静态过程；
因此，可以引进一个与过程无关的态 函数，称为内能。 U U(T ,V )
内能的增量（终态2与初态1之间的差 值）等于绝热过程中系统对外界所作功 的负值。 U2 U1 A绝热
3. 热力学第一定律
设一热力学系统，初始时 内能为U1, 如果系统吸热， 使系统内能增加到U2，系 统对外作功A, 由能量守恒 与转换定律
热力学第一定律对微小过程的应用
dQ dU dA
二、热力学第一定律
1. 功的表达式
dA PSdl PdV
A V2 PdV V1
其物理意义为p V图上 过程曲线与V轴所包的面积
体积膨胀，系统对外作正功， 体积缩小，系统对外作负功，
功与过程有关。
2.内能是态函数 大量实验事实表明：绝热隔离体系从
确定的初态到确定的末态，永远完成同样大小的功。
第四章 热力学基础
第一节 热力学第零定律
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, 则它 们彼此也必定处于热平衡。
定律表明：一切互为热平衡的系统具有 相同的宏观性质 ---- 温度
第二节 热力学第一定律
一、热力学系统与热力学过程 1. 热力学系统：由大量分子所组成的宏观体系。 孤立系统：与外界环境没有任何相互作用. 封闭系统：与外界没有物质交换. 绝热系统：与外界没有热量交换.
第4章 热力学基础
绝热过程方程:
pV C1
TV
1
C2
C3
T p
1绝热过程
V T降低 p降低更多
p
A
C
V T不变 p降低
等温线、绝热线的斜率分别为：
B
O V
dp p V d V T dp p V dV Q
又因混合后的氮气与压强仍分别满足理想气 体状态方程，
由此得：
1 M1 p1 RT V1 ＋V2 M mol 1 1 M2 p RT 2 V1 ＋V2 M mol 2
两者相加即得混合气体的压强：
1 p V1 ＋V2
M1 M2 ＋ M mol 1 M mol 2
RT
解:打开活塞后，原在第一个容器中的氮气向第二个容器中 扩散，氩气则向第一个容器中扩散，直到两种气体都在两容 器中均匀分布为止。达到平衡后，氮气的压强变为p1'，氩气 的压强变为p2' ，混合气体的压强为p= p1' + p2' ；温度均为T 。在这个过程中，两种气体相互有能量交换，但由于容器是 绝热的，总体积未变，两种气体组成的系统与外界无能量交 换，总内能不变，所以
利用多方方程和状态方程：
dA PdV Rdt /(n 1)
已知
E1 ＋E2 ＝E1 ＋E2 0 M E1 Cv1 T T1 M mol1 M E2 Cv 2 T T2 M mol 2
代入式得：
M M Cv1 T T1 ＋ Cv 2 T T2 ＝ 0 M mol1 M mol 2
M1 M2 Cv1T1 ＋ Cv2 T2 M mol1 M mol 2 T M1 M2 Cv1 ＋ Cv2 M mol1 M mol 2
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
根据此式可计算流体终温、质量流速、出口截面积等， 因此它是喷管和扩压管的设计依据。
质量流率
u1 A1 u2 A2 m V1 V2
⑵、节流
使流体通过阀门或孔板，截面突然缩小，摩擦损失较大。 即流体通过阀门或孔板的节流过程为等焓流动。 节流膨胀后往往会使流体的温度下降。理想气体通过节流阀温度
h 0, h1 h2
第一节
§4-2 开系流动过程的能量平衡
开系的特点： ① ② 体系与环境有物质的交换。 除有热功交换外，还包括物流输入和 输出携带能量。 开系的划分： 可以是化工生产中的一台或几台设备。
可以是一个过程或几个过程。
可以是一个化工厂。
把划定的开放体系那部分称为控制体，用σ表示。
化工热力学 第四章
化工热力学 第四章 2、绝热稳定流动方程式
热力学第一定律及其应用
流体：可压缩，与外界无热、无轴功交换.
1 2 h u 0 ——绝热稳定流动方程式 2
⑴、喷管与扩压管 喷管：流体通过时压力沿着流动方向降低，而流速加快的部 件称为喷管。 当出口流速﹤音速时，可用渐缩喷管： 当入口流速﹤音速，当出口流速﹥音速时，用拉法尔喷管 ：
1 2 m j h j gz j u j 2 j
此式是开系通用的能量平衡方程
化工热力学
第四章 热力学第一定律及其应用
第一节
§4-3 稳流过程的能量平衡
状态是稳定的 稳流过程 流动是稳定的
一、开系稳流过程的能量平衡式
所有质量和能量的流速均为常量。开系内没有质量
和能量积累的现象。
亚音速 超音速
扩压管：在流动方向上流速降低、压力增大的装置称为扩压管。
高中物理 第四章热力学第一定律
V1
V V1
V1
若膨胀时， V2 V1,则W 0,说明外界对气体作负功 。
p1V1 p2V2
W RT ln p2
p1
7
等压过程： 等体过程：
W
V2 V1
pdV
p(V2
V1 ),
利用状态方程可得：W R(T2 T1)
dV 0,W 0
三、其它形式的功
内能是系统内部所有微观粒子（如分子、原子等） 的微观的无序运动能以及相互作用势能两者之和。内能 是状态函数，处于平衡态系统的内能是确定的。内能与 系统状态间有一一对应关系。
2、内能定理
从能量守恒定理知道：系统吸热，内能应增加；外界 对系统作功，内能也增加。若系统既吸热，外界又对系统 作功，则内能增量应等于这两者之和。
13
W绝热=U2-U1
1、内能是一种宏观热力学的观点，不考虑微观的本质。
注意
2、内能是一个相对量。
3、热学中的内能不包括物体整体运动的统。 5、有些书上提到的热能实质上是指物体的内能。
14
三、热力学第一定律的数学表达式：
U2 U1 Q W
Q是系统所吸收的能量， W是外界对系统所作的功
•对外界也不产生任 何影响
★ 只有无耗散的准静态过程才是可逆过程。 4
§4.2 功和热量
一、功是力学相互作用下的能量转移
力学相互作用：将力学平衡条件被破坏时所产生的对系统 状态的影响。
在力学相互作用过程中系统和外界之间转移的能量就是功。
热力学认为力是一种广义力，所以功也是广义功。
注意：
1）、只有在系统状态变化过程中才有能量转移。
D、了解循环过程，能计算卡诺循环等简单 循环的效率；
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w = pdv - dl - dA +…...
简单可压缩系统
w =pdv
可逆过程
q = Tds
w = pdv
适用于任何工质 、可逆过程 的热一律表达式
q = du + pdv
q = u + pdv Tds = du + pdv
单位工质
Tds = u + pdv
（2）在2B1过程中
Q2B1 (U1 U2 ) W2B1 10 5 15(kJ)
由于工质沿1A2B1回到初态系统经历了一个循 环，内能变化量为
U U1 U1 0 工质沿1A2B1回到初态时的净功为
W Q U Q 35 kJ
工质沿1A2B1回到初态时的净吸热量为：
适用条件： 1）任何工质 2) 任何过程
• 系统吸热：Q＞0； 系统放热： Q ＜0。
• 系统对外做功：W ＞0； 外界对系统做功： W＜0
• 系统内能增加： △U ＞0； 系统内能减少： △U ＜0
功 （ w） 是广义功
闭口系与外界交换的功量
容积功 拉伸功 表面张力功
pdv
w拉伸= - dl w表面张力= - dA
适用于理想气体 、任意过程的热一律表达式
q = cvdT + w q = cvT+ w
单位工质
适用于理想气体 、可逆过程的热一律表达式
q = cvdT+ pdv q = cvT+ pdv
Tds = cvdT + pdv Tds = cv T + pdv
单位工质
例1 ： 有一定质量的工质从状态1沿1A2到达 终态2，又沿2B1回到初态1，并且
定义：
在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。
规定: 系统吸热热量为正，系统放热热量为负
单位： kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ 特点:
是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关
可逆过程： q Tds q Tds
功
定义: 种类:
除温差以外的其它不平衡势差所引起 的系统与外界传递的能量.
变化 3、w推＝pv与所处状态有关，是状态量 4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化
引起，由外界做出，流动工质所携带的能量
第二节 闭口系统热一律表达式
Energy balance for closed system
•一般式 Q = dU + W Q = U + W
Q
W
q = du + w 单位工质 q = u + w
任何工质、可逆过程
•理想气体内能变化计算
定容过程: w 0 q = u + w 用定值比热计算: u cvT
u qv
用平均比热计算: u cvmT
t2
t2
t1
u
cvdt
cvdt
cvdt
cvm
t2 0
t2
cvm
t1 0
t1
t1
0
0
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
分子位能（相互作用） (v)
binding forces
说明：
内能是状态量
理想气体u=f(T) 实际气体u=f(T,v)
U : 广延参数 [ kJ ] u : 比参数 [kJ/kg]
内能总以变化量出现，内能零点人为定
2.外部储存能
macroscopic forms of energy
重力位能 系统工质与重力场的相互作用 potential 所具有的能量
三、热力学第一定律的一般表达式
输入系统的 能量
系统输出 的能量
系统中储存能量 的变化量
能量
系统储存的能量 传递中的能量
（一）系统的储存能
系统储 存的能
量
内部
储存能
热力学 能
状 态
参
外部
数
储存能
机械能
1.内部储存能
•
热 力 学 能
（ 内 能 ）
分子动能（移动、转动、振动） (T)
translation rotation vibration
第一节 热力学第一定律
一、实质：
能量转换及守恒定律在热力过程中的应用
二、热力学第一定律的表述：
•热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可 以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换 过程中，能量的总值不变。
•“第一类永动机(Perpetual –motion machine of the first kind)是不可能制成的”
Ep mgz
宏观动能 以外界为参考坐标的系统宏观
kinetic 运动所具有的能量
Ek
1 2
mwg
2
系统总储存能 total energy
E = U + Ek + Ep e = u + ek + ep
（二）系统与外界传递的能量
热量
热源
过 程
系
功
参
功源 数
统
随物质传递的能量 质源
状 态 参
数
热量
第四章 热力学第一定律
The First Law of Thermodynamics
学习目标：
•深刻理解热力学第一定律的实质 •深刻理解能量、储存能、热力学能的概念，及 热力学能、焓的物理意义;掌握理想气体热力学 能及焓的变化量的计算；理解容积功、轴功、 技术功、流动功等概念
•熟练应用热力学第一定律解决具体问题
Q1A2 50 kJ
U2 U1 10 kJ W2B1 5 kJ
试判断沿过程1A2工质是膨胀还是压缩，并 且求工质沿1A2B1回到初态时的净吸热量和 对外作的净功。
解：（1）在1A2过程中
W1A2 Q1A2 (U2 U1) 50 10 40(kJ)
因为 W1A2 0 所以系统对外界做功，工质膨胀。
随物质传递的能量
流动工质本身 具有的能量
E
U
1 2
mwg 2
mgz
流动功(或推动功)
为推动流体通过控制体界 面而传递的机械功.
推进功（流动功、推动功）
A
W推 = p A dl = pV w推= pv
面工质的热力状态
流动功与其它功区别
对推进功的说明
1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态
•容积功W： 在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
膨胀功是热变功的源泉
可逆过程： w pdv w pdv
•轴功Ws: Shaft work 通过轴系统与外界传递的机械功
单位：l J=l Nm •其他准静态功：拉伸功，表面张力功，电功等