高中物理轴功

输入系统的能量—系统输出的能量=
量：
系统储存能量的变化能
传递中的能量---功和热量----过程量
储存的能量----内部和外部状态参数决定---状态量
（内能）
能量转换和守恒定律：
自然界一切物质都具有能量，能量有各种不 同的形式，能量不能被创造，也不能被消灭，只 能相互转化和转换，且在转化和转换的过程中能 量的总值保持不变。
g ( z1

z2 )

w

( pv)

1 2
wg2

gz
w
2 1
pdv

(
pv)

1 2
wg2
gz ws
（膨胀功）
（技术功）Wt （轴功）Ws （膨胀功）W （流动功或推进功）PV
2
w 1 pdv ( pv) wt
2
wt 1 pdv ( pv)
2
2
2
2
2
1 pdv 1 d ( pv) 1 pdv 1 pdv 1 vdp
2
1 vdp 可逆过程
q [(u2 p2v2 ) (u1 p1v1 )] wt
w Pdv Ff dx wv Ff dx
若Ff 0，即可逆过程
则w pdv
2
w Pdv
1
dx
p
1
A
p
2
4
dv 3 v
图 1 封闭系统的膨胀功
P f (v)
2
2
w Pdv f (v)dv 面积1A2341
1
1
可逆过程膨胀功可以用p-v图上过程曲线与v轴所 围面积表示。

u1

1 2
wg21

gz1 , 推动功P1v1
流出系统带出能量： e2

u2

1 2
wg2 2

gz2 ,推动功P2v2
吸热： q
作功： ws （轴功）
(u1

1 2
wg21

gz1

P1v1

q) (u2

1 2
wg2 2

gz2

P2 v 2

ws )

0
q
[(u2

p2v2 ) (u1
q 0 吸热
q 0 放热
w 0 系统对外作功 w 0 外界对系统作功
u 0 内能增加 u 0 内能减少
1.适用于任意工质、任意过程，各项为代数量。 2.q、 w分别为各个吸热、作功过程的代数和。 3.U=U2-U1
可逆过程： w pdv
2
Q U 1 pdV
热量是除功以外，通过边界系统与外界之间传递 的能量。
热量也是过程量 符号规定：系统从外界吸热为正；Q>0
系统向外界放热为负。Q<0 单位：J、kJ
第四节 封闭系统热力学第一定律的表达式
Q 热源
W 功源
Q W U 或 Q U W
单位质量工质 q u w
微元过程
q du w
可逆过程对外做的膨胀功最大。
功是过程量
p
dv 0时, w 0
dv 0时, w 0
dv 0时, w 0
对于mkg工质
2
2
2
W PdV Pd(mv) m Pdv mw
1
1
1
Ff
p
pout
dx
1 c
A
B
p
2
4
dv 3 v
图 1 封闭系统的膨胀功
二、热量
v
第五节 开口系统热力学第一定律的表达式
质量守恒方程
力学定律
三个定律
能量守恒方程
一元稳定流动
一元流动：与流动方向垂直的同一截面上各点工质的状态 参数和流速都是相同的，工质的状态参数和流速仅沿流动 方向做一元变化。
稳定流动：开口系统内任一点的状态参数和流速均不随时 间而变化。
1kg工质：
进入系统带入能量：e1
热力学第一定律：
任一过程中系统内能的增加等于该过程所吸收 的热量和外界对它所做功之和。
第二节 系统的储存能量
储存能量： 内部储存能---内部状态参数决定 外部储存能---外部状态参数决定
一、内部储存能—热力学能
分子运动的平均动能和分子间势能称为“热力学能”
符号：U
u (单位质量热力学能）
单位：kJ u=U/m u=f(t,v)
2
q u 1 pdv
q du pdv
任意工质、可逆过程
例3-1 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
Q1A2 50kJ
U 2 U1 10kJ
W2B1 5kJ
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净功。
w 0 系统对外作功 w 0 外界对系统作功
功是过程量 单位：J、kJ
2. 体积功：工质体积改变时所做的功
Pout A
w Pout Adx PA Pout A Ff 或Pout A PA Ff
Ff
p
pout
w PAdx Ff dx
Adx dv为比体积变化。

p1vห้องสมุดไป่ตู้ )]
1 2
(
w2 g2

w2 g1
)

g(z2

z1 )
ws
1.技术功
wt

ws

1 2
(
w2 g2

w2 g1
)

g(
z2
z1 )
若动能、位能变化很小，可以忽略，则 wt ws （轴功）
ws

(q
u) ( p1v1

p2v2 )
1 2
(
w2 g1
wg22 )
第三章 热力学第一定律
第一节 热力学第一定律的实质 第二节 系统的储存能量 第三节 系统与外界传递的能量 第四节 封闭系统热力学第一定律的表达式 第五节 开口系统热力学第一定律的表达式 第六节 稳定流动能量方程的应用
第一节 热力学第一定律的实质
一、实质：能量守恒与转换定律在热力学中的应用
二、第一定律的表述
kJ/kg
二、外部储存能 —— 动能Ek和势能Ep
由系统速度和高度决定
三、系统的总储存能（总能）
单位质量
E=U+ Ek+Ep e=u+ ek+ep
第三节 系统与外界传递的能量
封闭系统，传递的能量有两种：功和热量
一、功
1. 热力学定义：
2
w Fdx
1
w Fdx
燃气 进口
排入大气
当封闭系统通过边界，和外界之间发生相互作 用时，如外界的唯一效果是升起重物，则系统 对外界作了功，如外界的唯一效果是降低重物， 则外界对系统作了功。
p
1
B
A 2
v
Q1A2 50kJ
U 2 U1 10kJ
W2B1 5kJ
解: W1A2 Q1A2 (U 2 U1) 50 10 40kJ
是膨胀过程
p
1
B
A
dU 0
Q W
W W1A2 W2B1 40 5 35kJ
2
Q W 35kJ