第二章热力学第一定律及其应用解读

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工程热力学(第2章--热力学第一定律)

第一篇工程热力学
第二章热力学第一定律
本章主要内容
热力学第一定律的实质系统储存能闭口系能量方程状态参数焓开口系能量方程及其应用
2
2-1 热力学第一定律的实质
➢19世纪30-40年代，迈尔·焦耳（德国医生）发现并确定了能量转换与守恒定律。恩格斯将其列为19世纪三大发现之一（细胞学说、达尔文进化论）。
5
永动机设想？
Q
电
锅炉
加热器
汽轮机发电机
凝
给水泵
汽
器
Wnet
Qout
6
2-2 系统储存能
➢ 能量是物质运动的度量，运动有各种不同的形态，相应的就有各种不同的能量。
➢ 系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能与外部储存能之分。
系统储存能
内部储存能（热力学能）
外部储存能（宏观机械能）
➢能量转换与守恒定律指出：一切物质都具有能量。能量既不可能被创造，也不可能被消灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形式。而在转换过程中，能的总量保持不变。
3
实质：热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学中的具体应用。
热功转换可归结为两种运动形式之间的转化：
宏观物体的机械运动微观分子的热运动
说明：由计算结果可知，将汽轮机的散热量忽略不计时，对汽轮机
功率的影响并不大。所以，将汽轮机内蒸汽的膨胀作功过程看成是绝热过程来分析是合理的。
30
例2-3 某300MW机组，锅炉的出力为qm=1024×103kg/h，出口蒸
汽锅每焓炉小为的时h效的2=率燃33煤η92量炉.=3B9K？2J%/，kg标，准锅煤炉发进热口量给q水煤=焓29为27h01=K1J1/9k7g.，3K求J/锅kg炉，

热工流体第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律第一节第一定律的实质及热力学能和总能能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一，它指出：自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量总量不变。

热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象中的应用。

它确定了热力过程中热力系统与外界进行能量交换时，各种形态能量数量上的守恒关系。

一、热力学能热力学能是与物质内部粒子的微观运动和粒子的空间位置有关的能量。

它包括分子移动、转动、粒子震动运动的内动能和分子间由于相互作用力的存在而具有的内位能，故又称内能。

内动能取决于分子热运动，是温度的函数，而内位能取决于分子间的距离，是比体积的函数，即u = f ( T, v )二、总能除热力学能外，工质的总能量还包括工质在参考坐标系中作为一个整体，因有宏观运动速度而具有动能、因有不同高度而具有位能。

前一种能量称之为内部储存能，后两种能量则称之为外部储存能。

我们把内部储存能和外部储存能的总和，即热力学能与宏观运动动能和位能的总和，叫做工质的总储存能，简称总能。

即p k E U E E =++ （2-1）E---总能； U---热力学能； E k ---宏观动能； E p ---宏观位能。

第二节第一定律的基本能量方程及工质的焓一、焓在有关热力计算总时常有U+pV 出现，为了简化公式和计算，把它定义为焓，用符号H 表示，即H=U+pV （2-2）1kg工质的焓值称为比焓，用h表示，即h=u+pv （2-3）焓的单位是J，比焓的单位是J/kg。

焓是一个状态参数，在任一平衡状态下，u、p和v都有一定得值，因而焓h也有一定的值，而与达到这一状态的路径无关。

当1kg工质通过一定的界面流入热力系统时，储存于它内部的热力学能当然随着也进入到系统中，同时还把从外部功源获得的推动功pv带进了系统。

因此系统中因引进1kg工质而获得的总能量是热力学能与推动功之和（u+pv），即比焓。

02第二章热一律2-1热力学第一定律的实质及表达式

吸热膨胀作功（参看图2-3c）吸热膨胀作功外界供给热量 –Q 膨胀功 –W 热力学能 –U2
排气过程中（参看图2-3d）排气过程中外界消耗排气功外界获得推动功排气后（参看图2-3a）排气后质量 m = 0 总能量 E2 = 0
开口系在一个工作周期中的能量进出情况
Q=Q ∆E = 0
1 2 2 w = ( p2 v2 − p1v1 ) + (c2 − c1 ) + g ( z 2 − z1 ) + wsh 2
（2-16）
总功（Wtot ）、膨胀功（W ）、技术功（ W t ）和轴功（W sh ）之间的区别和内在联系膨胀功、技术功、轴功孰大孰小取决于 ( p 2 v2 − p1v1 ) 1 2 2 (c2 − c1 ) 、 g ( z 2 − z1 ) 的大小和正负。
二、热力学第一定律表达式
1、一般热力系能量方程
- 热力学第一定律基本表达式
热力系总能量(total stored energy of system)为E（图2-1a）。它是热力学能（U）、宏观动能（EK）和重力位能（EP）的总和：热力学能，内部储存能热力学能，
E =U+Ek +Ep
宏观动能总能宏ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位能外部储存能
e =u+ek +ep
根据质量守恒定律可知：热力系质量的变化等于流进和流出质量的差：
dm = δm1 − δm2
根据热力学第一定律可知：
热力系输出的能量的总和= 加入热力系的能量的总和 - 热力系输出的能量的总和=热力系总能量的增量
（δQ + e1δm1） (δW总 + e2δm2 ) = ( E + dE ) − E −

第二章热力学第一定律

（二）热力学第一定律
热力学第一定律实质就是能量守恒和转换定律在热现象上的应用。表述1：热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消灭，必产生一定量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应数量的热。
表述2：第一类永动机是造不成的
First Law of Thermodynamics
In 1843, at the age of 25, James Prescott Joule did a series of careful experiments to prove the equivalence of heat and work.
A p V
dl
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，而由外界（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
可理解为：由于工质的进出，外界与系统之
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
4、物理意义：开口系中随工质流动而携带的、取决于热力状态的能量。
三、稳定流动能量方程
Energy balance for steady-flow systems
稳定流动条件
（P22)
1、
•
•
•
mout min m
2、
•
Q Const
min
uin 1 2
c
2 in
gzin
3、
•
•
Wnet ConstWs
三、总能
热力系统的储存能：储存于热力系统的能量。（1）内部储存能———热力学能（2）外部储存能———宏观动能，宏观位能。

热力学第一定律的含义与应用

热力学第一定律的含义与应用热力学是研究能量转化和能量传递规律的科学，而热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，它揭示了能量守恒的基本原理。

本文将详细探讨热力学第一定律的含义及其在实际生活和工程中的应用。

一、热力学第一定律的含义热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，它表明能量在系统中的转换和传递是有限制的。

换句话说，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式或从一处传递到另一处。

根据热力学第一定律，一个封闭系统中的能量变化等于能量输入减去能量输出，即ΔU = Q - W。

其中，ΔU表示内能的变化，Q表示系统从外界吸收的热量，W表示系统对外界做的功。

这个公式清楚地说明了能量的守恒性质。

热力学第一定律的含义可以理解为，能量不会从不存在的地方出现，也不会无中生有地消失，它只是在系统中不断地转换和传递。

这个定律对于研究能量转化和能量传递具有重要的指导意义，可以帮助我们理解和解释各种自然和工程现象。

二、热力学第一定律的应用1. 动力系统中的应用热力学第一定律在动力系统中有广泛的应用。

以内燃机为例，根据热力学第一定律，内燃机的输出功等于燃烧室吸收的热量减去排出的废气所做的工作。

通过合理地控制热量的输入和输出，可以提高内燃机的效率，减少能量的浪费。

2. 热力学循环中的应用热力学第一定律也在热力学循环中有着重要的应用。

例如在汽车的发动机中，根据热力学第一定律，我们可以分析汽缸内的热量输入和输出情况，从而确定汽车发动机的效率。

同时，还可以通过热力学循环的优化设计，提高汽车发动机的工作效率，降低油耗和排放。

3. 能源利用中的应用热力学第一定律的应用还可以拓展到能源利用领域。

能源的开发和利用是人类社会的重要任务，而热力学第一定律可以帮助我们优化能源的利用方式。

通过对能量输入和输出的分析，可以提出合理的能源利用方案，高效地利用能源资源，降低能源消耗和环境污染。

4. 生态系统中的应用除了工程领域，热力学第一定律在生态系统中也有一定的应用。

02第二章热力学第一定律重点和难点

系统内部储能增量: ΔECV
考虑到稳流特征： ΔECV=0 qm1=qm2=qm; 及h=u+pv 有
2 2 cf2 cf1 Q H 2 H1 qm qm g z2 z1 WS 2 2 1 2 q h2 h1 cf2 cf21 g z2 z1 ws 2
3)第一定律第二解析式把wt的概念代入（B）式，可得第一定律第二解析式
1 2 q h2 h1 cf 2 cf21 g z2 z1 ws 2 ( B)
2
q h wt δq dh δwt
可逆 q h 1 vdp
δq dh vdp
几种功及相互之间的关系
名称含义说明
1）当系统可逆时δw＝pdv 2）膨胀功是简单可压缩系热变功的源泉 3）膨胀功往往对应闭口系所求的功 1）轴功是开口系所求的功 W 2) 当工质进出口间的动、位能差被忽略时， pdV Wt＝Ws此时开口系统所求的功也是技术功
2 1
体积变化系统体积变化功W 所完成的功
轴功Ws 流动功 Wf. 系统通过轴与外界交换的功
开口系付诸于质量迁移所作的功
流动功是进出口推动功之差，即Wf=Δ(pV)=p2V2-p1V1
技术功Wt 技术上可资利用的功
1)Wt与Ws的关系 Wt＝m Δ cf2/2+mg Δz+Ws 2) Wt与W，Wf的关系 Wt=W－Wf 3)当过程可逆时， δ W＝－Vdp，这也是动、位能差不计时的最大轴功
2）技术功(technical work)—技术上可资利用的功 wt 1 2 wt ws cf g z 2 由（C）

q u wt p2v2 p1v1 (D)

工程传热学-第二章热力学第一定律

1 2
c
2 f
2

gz2 )
p2v2 ]
m1[(u1

1 2
c
2 f
1

gz1 )
p1v1 ]
W s
Q

dE
d

qm2
[(u2

1 2
c
2 f
2

gz2 )
p2v2 ]
qm1 [(u1

1 2
c
2 f
1

gz1 )
p1v1 ]
Ps
2.4 稳定状态稳定流动能量方程式
Q - W U Q U W
对热力过程：
Q1-2 U1,2 W1-2
q1-2 u1,2 w12 (u2 u1 ) w12
对微元过程：
q w du
适用范围：Ek 0, E p 0，初、终态平衡状态，
闭口系统，任意工质，任意过程。
开口系统遵循的定律：能量守恒，质量守恒。
质量守恒定律：开口系统内增加的质量等于流入和流出系统的质量之差：
dm m1 m2 dm m1 m2 d d d
dm
d qm1 qm2
（连续性方程）
能量守恒定律：输入系统的能量—由系统输出的能量=系统贮存能量的变化
① 轴功δ Ws：开口系统和外界通过进出口截面以外的边界 (一般为机器轴)所传递的功。
②推动能：微元工质流经进口截面1-1处，外界推动工质进入系统需要消耗能量，其大小为：
p 1 A 1 dx p1 dV1 p1 v 1m 1
同理在出口截面2-2 ，系统将消耗能

热力学第一定律与第二定律的解释和应用

热力学第一定律与第二定律的解释和应用热力学是研究能量转化和守恒的物理学科，而热力学的两个基本定律：第一定律和第二定律，则为我们提供了描述能量转化和守恒的重要规律。

在本文中，我们将详细解释这两个定律，并探讨它们在实际应用中的重要性。

首先，我们来解释热力学的第一定律。

第一定律也被称为能量守恒定律，它表明能量不会消失或产生，只会从一种形式转化为另一种形式。

换句话说，系统的内部能量是一个守恒量，它可以通过传热和做功的方式进行转移。

这里的“传热”指的是热量从高温物体流向低温物体，而“做功”则是指通过力的作用使物体的位置发生变化。

根据第一定律，一个系统在吸热（Q）和做功（W）的过程中，其内部能量的变化（ΔU）可以通过以下方程表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内部能量的变化，Q表示传给系统的热量，W表示系统对外做的功。

这个方程告诉我们，系统的内部能量的增加等于由外界传给系统的热量减去系统对外做的功。

通过控制传热和做功的过程，我们可以实现能量的转化和控制。

接下来，我们来讨论热力学的第二定律。

第二定律是描述自然过程中不可逆性的原理，也被称为热力学箭头定律。

根据第二定律，自然界中一些过程是不可逆的，这意味着它们只能在一个特定的方向上发生。

最经典的例子就是热量从高温物体流向低温物体，而不会发生反方向的现象。

这个方向性规律被称为熵增原理，也可以用熵的概念来描述。

熵是衡量系统无序程度的物理量。

根据熵增原理，一个孤立系统的熵在不可逆过程中总是增加的，而在可逆过程中保持不变。

换句话说，自然界的过程倾向于朝着更加无序和不稳定的状态发展。

例如，一个热杯中的热水最终会均匀分布在整个杯子中，而不是保持局部的热度。

这个过程中热量的传递会产生系统的熵增加。

第二定律在能源转化和热机工作中起着重要作用。

例如，著名的卡诺循环是一种理论上最高效的热机循环，它基于第二定律的原理。

卡诺循环利用了两个热源之间的温差，从高温热源吸收热量，并将一部分功用于做功，最终将剩余的热量排放到低温热源。

第二章热力学第一定律

2 2 out

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

第二章热力学第一定律主要公式及其适用条件

第二章热力学第一定律主要公式及使用条件1. 热力学第一定律的数学表示式W Q U +=∆或 'amb δδδd δdU Q W Q p V W =+=-+规定系统吸热为正，放热为负。

系统得功为正，对环境作功为负。

式中 p amb 为环境的压力，W ’为非体积功。

上式适用于封闭体系的一切过程。

2.焓的定义式3. 焓变（1） )(pV U H ∆+∆=∆式中)(pV ∆为pV 乘积的增量，只有在恒压下)()(12V V p pV -=∆在数值上等于体积功。

（2） 2,m 1d p H nC T ∆=⎰ 此式适用于理想气体单纯pVT 变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程，或纯的液体、固体物质压力变化不大的变温过程。

4.热力学能(又称内能)变此式适用于理想气体单纯pVT 变化的一切过程。

5. 恒容热和恒压热V Q U =∆ (d 0,'0)V W ==p Q H =∆ (d 0,'0)p W ==6. 热容的定义式（1）定压热容和定容热容pV U H +=2,m 1d V U nC T ∆=⎰δ/d (/)p p p C Q T H T ==∂∂δ/d (/)V V V C Q T U T ==∂∂（2）摩尔定压热容和摩尔定容热容,m m /(/)p p p C C n H T ==∂∂,m m /(/)V V V C C n U T ==∂∂上式分别适用于无相变变化、无化学变化、非体积功为零的恒压和恒容过程。

（3）质量定压热容（比定压热容）式中m 和M 分别为物质的质量和摩尔质量。

（4） ,m ,m p V C C R -=此式只适用于理想气体。

（5）摩尔定压热容与温度的关系23,m p C a bT cT dT =+++式中a , b , c 及d 对指定气体皆为常数。

（6）平均摩尔定压热容21,m ,m 21d /()Tp p T C T T T C =-⎰7. 摩尔蒸发焓与温度的关系21vap m 2vap m 1vap ,m ()()d T p T H T H T C T ∆=∆+∆⎰ 或 vap m vap ,m (/)p p H T C ∂∆∂=∆式中 vap ,m p C ∆ = ,m p C (g) —,m p C (l)，上式适用于恒压蒸发过程。

第二章热力学第一定律

热力学能符号：U，单位：J 或kJ 。
3
比热力学能：
单位质量工质的热力学能。符号：u；单位：J/kg 或kJ/kg。
比热力学能是状态参数。
f (T )
不涉及化学能和原子能的物质分子热运动动能和分子之间由于相互作用力而具有的位能之和（热能）。
f (T , v)
u f (T,v)
任何状态下系统热力学能的数值不可能为零。由于在工程热力学中只计算工质在状态变化中的热力学能的变化量，因此热力学能的零点可以人为地规定，例如，通常取0K时气体的热力学能为零。
mdcf2
mgdz
Ws
q
dh
1 2
dcf2
gdz
ws
17
注意：
（1）无论对于流动工质还是不流动工质，比焓都是状态参数；
（2）对于流动工质，流动功等于pv，比焓表示单位质量工
质沿流动方向向前传递的总能量中取决于热力状态的部分；（3）对于不流动工质，不存在流动功，比焓也不表示能量，仅是状态参数。（4）工程上一般只需要计算工质经历某一过程后焓的变化量，而不是其绝对值，所以焓值的零点可人为地规定。
在时间内离开系统的能量WsBiblioteka mu21 2
cf22
gz2
mp2v2
Ws
m
u2
1 2
cf22
gz2
p2v2
14
根据热力学第一定律可得
Q
m
u1
p1v1
1 2
cf21
gz1
ws
m
u2
p2v2
1 2
cf22
gz2
0
令 u pv h h 称为比焓。
比焓的物理意义：

02章-热力学第一定律(4).

致冷机
3. 致冷机(冰机)
如果把卡诺可逆热机倒开，就成了致冷机。
按A→D→C→B→A循环，此时环境向体系做功，从低温热源吸收热Q1’ ，再放热给高温热源。则致冷机的效率，又叫致冷系数
知识链接:火力发电厂的能量利用
锅炉
汽轮机
发电机
冷却塔
200℃
R
Th TC Th
(473 300)K 36% 473 K
I < 20%
1度电/1000g 煤
高煤耗、高污染（S、N氧化物、粉尘和热污染）
火力发电厂的能量利用
400℃ 550℃
Th TC 673 300 55%
Th
673
I < 40% 1度电 / 500 g 煤
Th TC 823 300 63%
Th
823
Tc 647 K pc 218105 Pa
水的相图
p / Pa
pc
610.62
C
水
f
冰
P
O D
A
超临界流体
q
B
水蒸气
273.16
TC T / K
普通加压蒸汽的作功能力很差要用亚临界、超临界甚至超超临界的蒸汽改进锅炉性能，增加脱硫、脱氮和除尘的设备
绝热过程功的计算
理想气体绝热可逆过程方程式：
对于理想气体，无体积功的绝热可逆过程：
∵ Q dU W dU pdV
Q 0
dU pdV ∴
C p / CV
又因理想气体：
dU
C C p / CV V
dT
所以： CV dT pdV
CV dT
pdV
nRT
dV V
(1)

第二章热力学第一定律

内能总以变化量出现，内能零点人为定
中南大学航空航天学院
热一律的文字表达式
热一律: 能量守恒与转换定律
进入系统的能量
-
离开系统的能量
=
系统内部储存能量的变化
中南大学航空航天学院
§2.2 闭口系能量方程
一般式 Q = dU + W Q = U + W q = du + w q = u + w
Q0
W 0
Q
U Q W
空调
Q W
T
中南大学航空航天学院
§ 2.3 开口系能量方程
min 能量守恒原则
进入系统的能量
uin
1 2 cin 2 gzin
离开系统的能量
Wnet
mout uout 1 2 cout 2 gzout
=
系统储存能功的引入
门窗紧闭房间用电冰箱降温
以房间为系统闭口系能量方程绝热闭口系 Refrigerator Icebox
电冰箱
Q U W
Q0
W 0
U W 0
T
中南大学航空航天学院
门窗紧闭房间用空调降温
以房间为系统闭口系能量方程闭口系 Aircondition
Q U W
推进功(pv)
几种功的关系
1 2 wt c g z ws 2
q h wt u ( pv) wt
q u w
w ( pv) wt
△ c2/2
ws
做功的根源 w
中南大学航空航天学院
wt
△(pv)
g△ z ws
对功的小结
1、闭口系，系统与外界交换的功为容积变化功w 2、开口系，系统与外界交换的功为轴功ws 3、一般情况下忽略动、位能的变化

热力学第一定律的含义与应用

热力学第一定律的含义与应用热力学是研究热与能之间的转化以及宏观物质的性质和变化规律的科学。

热力学第一定律是热力学的基础之一，它揭示了能量守恒的原理，并与各个领域的实际问题紧密相关。

本文将探讨热力学第一定律的含义以及其在不同领域的应用。

1. 热力学第一定律的含义热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是指能量在系统和周围环境之间的转化过程中，总能量守恒，能量既不会凭空消失也不会凭空产生。

根据能量守恒定律，能量可以以不同形式进行转化，如热能、机械能、电能等，但总能量的大小在一个封闭系统中保持不变。

2. 热力学第一定律的应用2.1. 热力学循环分析中的应用热力学循环是指热力学过程的一个周期性变化，热力学第一定律应用于热力学循环分析中，可以帮助我们了解能量在循环过程中的变化情况。

例如，发电厂中的热力机械循环使用燃料转换成热能，并进一步转化为机械能，最终转化为电能。

热力学第一定律可以帮助我们计算循环过程中的能量转化效率，从而优化能源利用。

2.2. 热平衡系统的分析在热力学中，热平衡系统是指系统与周围环境之间不存在热能传递的状态。

根据热力学第一定律，热平衡状态下系统的内能改变为零，即系统内部的能量不会改变。

这一原理在化学反应动力学、热能传导等领域的分析中经常应用。

通过分析热平衡系统，我们可以推断出系统的稳定性以及能量的分布和传递方式。

2.3. 热力学第一定律在工程领域的应用热力学第一定律广泛应用于能源工程、热能利用等领域。

能源工程中的热力学分析通常用于评估能源转换的效率，并优化能源的利用方式。

例如，在汽车工程中，热力学第一定律可用于计算车辆的燃油效率，评估内燃机的性能等。

这些分析有助于提高能源利用效率，减少能源的浪费。

2.4. 生态系统中的热力学第一定律应用热力学第一定律在生态学中也有重要的应用。

生态系统的能量流动和物质循环是生态系统运行的基础。

热力学第一定律揭示了能量在生态系统中的守恒性，帮助我们理解能量的流动路径以及能量在不同生物组织之间的转化。

《热力学第一定律应用举例》讲义

《热力学第一定律应用举例》讲义一、热力学第一定律简介热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学的基本定律之一。

它表明在一个封闭系统中，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量始终保持不变。

简单来说，就是输入系统的能量等于系统输出的能量与系统内部能量变化之和。

这个定律在物理学、化学、工程学等领域都有着广泛而重要的应用。

二、热力学第一定律的表达式热力学第一定律的数学表达式为：ΔU ＝ Q W其中，ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收的热量，W 表示系统对外所做的功。

当 Q 为正，表示系统吸收热量；Q 为负，表示系统放出热量。

当W 为正，表示系统对外做功；W 为负，表示外界对系统做功。

三、热力学第一定律在热机中的应用热机是将热能转化为机械能的装置，例如蒸汽机、内燃机等。

以蒸汽机为例，工作物质（如水蒸汽）从高温热源吸收热量 Q1，对外做功 W，然后向低温热源放出热量 Q2。

根据热力学第一定律，有：Q1 ＝ W ＋ Q2热机的效率η 定义为热机对外所做的功 W 与从高温热源吸收的热量 Q1 的比值，即：η ＝ W ／ Q1 ＝（Q1 Q2）／ Q1通过对热机效率的研究，可以不断改进热机的设计和工作条件，提高能源利用效率。

四、热力学第一定律在制冷机中的应用制冷机则是通过消耗外界的功来实现从低温物体吸收热量并向高温物体释放热量的装置，比如冰箱、空调等。

对于制冷机，外界对系统做功 W，从低温热源吸收热量 Q2，向高温热源放出热量 Q1。

同样根据热力学第一定律：Q1 ＝ Q2 ＋ W制冷系数ε 定义为从低温热源吸收的热量 Q2 与外界对系统所做的功 W 的比值，即：ε ＝ Q2 ／ W对制冷机的性能分析和优化，也是基于热力学第一定律进行的。

五、热力学第一定律在化学反应中的应用在化学反应中，往往伴随着能量的变化，这种能量变化可以通过热力学第一定律来描述和分析。

例如，燃烧反应中燃料与氧气反应释放出大量的热。

物理化学第二章热力学第一定律及其应用

热平衡系统中各个部分的温度相等。
T1T2T3.. .T
单一温度
力平衡系统中各个部分的压力相等。
p1p2p3.. .p
单一压力
相平衡当系统为多相时(如水+苯系统)，物质在各相之当间达的到分相布平达衡到时平，衡有，：如：I2在CCl4+水中的分配，
KcαI2
cβ I2
化学平衡系统的组成不随时间而变化。
热力学第一定律 ———计算变化中的热效应
热力学第二定律
——— 解决变化的方向和限度问题，以及相平衡
和化学平衡。
热力学第三定律 ——— 解决规定熵函数的数值计算。
热力学第零定律 ——— 热平衡，定义温度。
5
4. 热力学系统（System) 和环境定义：将所关注的一部分物质或空间与其余的物质
或空间分开，称这种被划定的研究对象为热力学系统，简称系统或体系。其余的物质或空间称为环境(Surroundings)
1．恒容热QV 无限小变化时，热力学第一定律为：
d d dU
Q＋WdW'0dQpedV
dV 0
dQV
式中dW‘为非体积功，dV=0为恒容过程。
有限量的变化：
U QV
33
U QV
➢物理意义: 在非体积功为零的条件下，恒容过程中系统
所吸收的热量全部用以增加系统的热力学能。 ➢适用条件：封闭系统，恒容过程和 W ’=0。
如水的体积 V=f（T，p），温度、压力发生微小变化，引起水的体积变化可以表示为：
dVV TpdTV pTdp
（3）系统经过一个循环过程，状态函数的变化值为零。
dF 0
状态函数的性质可以用十六字描述: 异途同归，值变相同，周而复始，数值还原

物理化学第二章热力学第一定律

盖斯定律：在恒容或恒压过程中，化学反应的热仅与始末状态有关而与具体途径无关。
Qv,a难测 Qv,b易测
Qv,c易测
(状态函数法)
恒容时
恒压力时：
Qp,a Qp,c Qp,b
在一个体积恒定为0.50 m3的绝热容器中发生某化学反应，使容器内气体的温度升高750℃,压力增加60 kPa。此反应的Q, W, rU , r H 各为若干？
（2）状态函数的分类——广度量和强度量
按状态函数的数值是否与物质的数量有关，将其分为广度量（或称广度性质）和强度量（或称强度性质）。
广度量：具有加和性（如Ｖ、m、Ｕ)
状态函数强度量：没有加和性（如p、Ｔ、）注意：由任何两种广度性质之比得出的物理量则为强度量，如摩尔体积Vm(V/n)等
U只取决于始末态的状态，与途径无关
例：始态 1 2 3 不同途径，Q、W 不同但 U＝ U1 ＝ U2＝U3 末态
§2.2 热力学第一定律 1. 热力学第一定律
热力学第一定律的本质是能量守恒原理，即隔离系统无论经历何种变化，其能量守恒
热力学第一定律的其它说法：不消耗能量而能不断对外作功的机器——第一类永动机是不可能的。
p、V、T 等）。
公理：没有外场作用，组成确定的均相体系，只要两个独立变量确定，系统其他状态随之确定。p = p (T, V), U = U (T, V), U = U (T, p).
状态函数特点：状态改变，状态函数值至少有一个改变系统状态的微小变化所引起的状态函数X的变化用全微分 dX表示状态函数的变化值ΔX 只取决于始、末状态，而与变化的经历无关； 2 X X 2 X1 1
定义 :
def

第二章热力学第一定律

W ' Vf pdV Vi
W W ' Vf pdV Vi
体系的体积增大时，体系对环境的作用力与力的作用
点的位移同向，体系对环境作了正功，体系的能量减少；
反之，若体系的体积缩小，体系对环境作负功，即环境对
体系作了正功，体系的能量增加。
（2）表面功
以液膜为例
框内有一个双表面的液体膜，液体的表面张力为
正、负规定：吸热，Q >0；放热， Q <0
单位：J、cal、atm·l 等
表示法：宏观过程的热用Q 表示，微小过程的微量热用Q 表示。注意与状态函数表示法区分
Note：（1）热量与热能（与系统温度有关的热运动能量）（2）热量与能量（过程量与状态量）（3）作功与传热是系统与外界相互作用的方式（作功：通过广义功产生广义位移而实现是宏观形式；传热：是热运动能量的转移是微观形式，常常与耗散有关）
Note:
(1)热力学中所谈的功都是指体系与环境通过它们的边界相互作用的功；
(2)关于功的规定，采用 1970年IUPAC所建议的W或W代表环境对体系所作之功。
正、负规定：环境对系统作功，W >0；系统对环境作功，W <0
单位：J、cal、atm·l 等
体积功 W 机械功
功
电功表面功
W ' EdQ
若正电荷通过的量为n，电池对外界作的功为：
W ' nEF
当外加电池上的电位差比E略大时，在无摩擦准静态过程中外界对电池作电功：
W EdQ
W nEF
综合：
在无摩擦准静态过程中的不同形式的微功，通式 (一个强度量与一个广度量的乘积)：

热力学第一定律的应用与解析

热力学第一定律的应用与解析热力学是研究能量转移与转化的科学，而热力学第一定律则是热力学基本定律之一。

热力学第一定律的应用广泛，涉及到许多领域，如工程、物理学等。

本文将就热力学第一定律的应用与解析进行探讨。

首先，热力学第一定律表达了能量守恒的原理：能量既不会被创造也不会被摧毁，只能从一个形式转换为另一个形式。

这一定律的应用在热机理论中尤为重要。

热机是将热能转化为有用的功的装置，其中汽车发动机就是一个常见的例子。

根据热力学第一定律，汽车发动机中的燃料在燃烧过程中释放出的热能被转化为机械功来驱动汽车前进。

其次，热力学第一定律还有助于解析热力学过程中的能量转换。

例如，我们可以通过热力学第一定律来分析恒温过程中的能量转化。

在恒温条件下，系统与环境之间的热量传递和功的交换可表示为Q=W。

其中Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做功。

在这种情况下，热力学第一定律告诉我们系统内部能量的变化等于热量和功的代数和。

此外，热力学第一定律还可以应用于分析循环过程。

在热力学循环中，系统依次经历一系列的态，最终回到初始态。

通过应用热力学第一定律，我们可以计算循环过程中的能量转换。

例如，卡诺循环是一种理想的可逆循环，通过在热源和冷源之间进行热交换来实现功的输出。

在这种循环中，根据热力学第一定律，系统从热源吸收的热量等于对外做功加上对冷源释放的热量。

此外，热力学第一定律也被广泛应用于工程中的能源分析和优化。

工程中的能源系统往往涉及多种形式的能量转换，如燃烧、发电等。

通过运用热力学第一定律，我们可以对能源系统中的能量流动进行分析和优化。

例如，在工业生产中，热力学第一定律可以帮助我们确定能量损失的来源，并提出相应的改进措施来提高系统的能源利用率。

总之，热力学第一定律作为能量转化与转移的基本定律，在许多领域都有广泛的应用与解析价值。

无论是在热机理论、热力学过程的能量转换分析，还是在能源系统的优化等方面，热力学第一定律都发挥着重要的作用。

《热力学第一定律应用举例》讲义

《热力学第一定律应用举例》讲义在我们的日常生活和众多工业领域中，热力学第一定律都有着广泛而重要的应用。

热力学第一定律，简单来说，就是能量守恒定律在热现象中的应用。

它表明，在一个封闭系统中，能量可以在不同形式之间转换，但总能量保持不变。

接下来，让我们通过一些具体的例子来深入理解热力学第一定律的应用。

首先，我们来看看汽车发动机。

汽车发动机是将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置。

燃料在汽缸内燃烧，释放出大量的热能，使汽缸内的气体温度和压力迅速升高。

根据热力学第一定律，燃料燃烧释放的能量等于转化为机械能的能量加上通过汽缸壁等散失到外界的热量。

如果我们能够提高燃料燃烧的效率，减少能量的散失，就可以获得更多的机械能，从而提高发动机的性能。

再来说说火力发电站。

在火力发电过程中，煤等燃料在锅炉中燃烧，产生高温高压的蒸汽。

蒸汽推动汽轮机旋转，进而带动发电机发电。

这个过程中，燃料燃烧的化学能转化为蒸汽的内能，蒸汽的内能又转化为汽轮机的机械能，最后机械能转化为电能。

同样遵循热力学第一定律，输入的燃料化学能等于输出的电能加上各种损耗的能量，如散热损失、摩擦损失等。

为了提高发电效率，工程师们不断改进技术，减少能量损耗。

空调系统也是热力学第一定律的一个典型应用。

在制冷模式下，空调通过压缩机将制冷剂压缩成高温高压的气体，然后在冷凝器中散热变成高压液体。

接着，制冷剂通过节流阀降压降温，在蒸发器中吸收室内的热量，从而实现制冷。

整个过程中，电能输入给压缩机，用于改变制冷剂的状态，而制冷剂在蒸发器中吸收的热量等于压缩机消耗的电能加上在各个环节中损失的能量。

在制热模式下，原理类似，只是通过四通阀改变制冷剂的流向，让蒸发器从室外吸收热量，冷凝器向室内释放热量。

太阳能热水器也是一个常见的例子。

太阳能热水器通过吸收太阳辐射的能量，将水加热。

太阳辐射的能量转化为水的内能。

在这个过程中，没有额外的能量输入，只是能量的形式从太阳能转化为热能。

如果考虑到热水器的散热损失，那么输入的太阳能等于水获得的热能加上散失的热能。

第二章热力学第一定律及其应用解读

工程热力学(第2章--热力学第一定律)

热工流体第二章 热力学第一定律

02第二章 热一律2-1热力学第一定律的实质及表达式

第二章 热力学第一定律

热力学第一定律的含义与应用

02第二章 热力学第一定律 重点和难点

工程传热学-第二章 热力学第一定律

热力学第一定律与第二定律的解释和应用

第二章热力学第一定律

第二章 热力学第一定律主要公式及其适用条件

第二章热力学第一定律

02章-热力学第一定律(4).

第二章热力学第一定律

热力学第一定律的含义与应用

《热力学第一定律应用举例》 讲义

物理化学第二章 热力学第一定律及其应用

物理化学 第二章 热力学第一定律

第二章热力学第一定律

热力学第一定律的应用与解析

《热力学第一定律应用举例》 讲义

热工流体第二章热力学第一定律

02第二章热一律2-1热力学第一定律的实质及表达式

第二章热力学第一定律

02第二章热力学第一定律重点和难点

工程传热学-第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律主要公式及其适用条件

《热力学第一定律应用举例》讲义

物理化学第二章热力学第一定律及其应用

物理化学第二章热力学第一定律

《热力学第一定律应用举例》讲义