3热力学第一定律复习

！！！两种特例：
绝功系 绝热系 Q = dU W = - dU
热一律在循环过程中的应用
• 工质经历一个循环后.它在整个循环
过程中从外界得到的净热量等于对外作的净功
Q W
理想气体 u的计算
du cv dT
理想气体，任何过程
2
用平均比 经验公式 cv f T 代入 u cv dT 热计算 :
1
§3-3闭口系能量方程
Q = dU + W Q = U + W q = du + w q = u + w Q
W
单位工质
适用条件： 1）任何工质 2) 任何过程
闭口系热一律表达式 Q = dU + W Q=U+W
• ∴Wt= Ws= W+P1V1-P2V2
六．理想气体Δu，Δh的计算 • Δu，Δh都仅是温度的函数 （对理气） • Δu=∫CvdT 取定值比热时： • Δu=Cv（T2-T1）
Δh=∫CpdT Δh= Cp（T2-T1） 对初终态相同的过程 ∵Cp> Cv ∴Δh>Δu • h=u+PV 焓定义要理解掌握
U
化学能和原子能 (无） 宏观动能 Ek= mc2/2 重力位能 Ep= mgz
对于没宏观运动c=0,且z=0的系统
E U
3．2 系统与外界传递的能量
热量
外界热源 外界功源 外界质源
系
功
统
随物质传递的能量
系统与外界的能量交换途径有三种
• 热量一旦由界面传入系统，就变成系统存储能
的一部分,即内能,也即热能
Q=（Δh+1/2 ΔC² +gΔZ）m + Ws 稳态
q=Δh+1/2 ΔC² gΔZ + Ws + Q=Δh+Wt （稳态）
五．流动功、 技术功的概念 • 流动功 Wf=Pv
• 轴功 Ws= - vdp
1
2
= W+P1V1-P2V2 • 技术功 Wt=1/2 ΔC² +gΔZ+ Ws （可直接利用的功） • 一般 ΔC² ΔZ≈0 ≈0
焓的物理意义：
理想气体内能变化计算
qv duv cv dT
u c v dT
1 2
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
t2 t2 t1 用定值比 t2 t1 热计算: u cv dt cv dt cv dt cvm 0 t 2 cvm 0 t1 t1 0 0
七．稳态 稳流能量方程的应用：
• 动力机 Ws=-Δh=h1-h2
输出的轴功 = 焓降
• 压气机 - Ws=Δh=h2-h1
消耗的轴功 = 焓增
• 热交换器 q=Δh=h2-h1
吸收的热量 = 焓增
T2
cp const
2. cp 为真实比热 h T1 cp dT 3. cp 为平均比热 h cp (T2 T1 )
t1 t2
4．稳态 稳流能量方程的应用：
• 动力机 Ws=-Δh=h1-h2
输出的轴功 = 焓降
• 压气机 - Ws=Δh=h2-h1
消耗的轴功 = 焓增
• 热交换器 q=Δh=h2-h1
q u w
w ( pv) wt
ws
可逆过程下的技术功
wt vdp wt vdp
可逆
q du pdv 热一律解析式之一 q dh vdp 热一律解析式之二
3.理想气体 h的计算
dh cp dT
1.
理想气体，任何过程
h cp T
技术功Wt
机械能
wt
稳定流动能量方程改写为：
Q H Wt
q h wt
技术功 Wt
工程技术上可以直接利用
闭口能量方程
稳流开口能量方程
q u w
q h wt
几种功的关系
1 2 wt c g z ws 2
q h wt u ( pv) wt
• 本章通过分析热力系的能量状况，讨论热力
系在边界上与外界进行能量交换时，对热力 系能量的影响规律。因此，需要很清楚地认 识各种形式的能量及其性质，这样才能深刻 理解热力学第一定律。 • 储存于热力系的能量可以用储存能表达，这 一部分能量和热力系的状态有关；热力系与 外界交换的能量可以用迁移能表达（功、 热），这部分能量和热力过程有关，能量之 间可以转换，数量上式守恒的。 • 在分析热力过程的能量关系时，既要考虑系 统本身的储存的能量关系，又要考虑系统与 外界的能量转换。
1. cv const u cv T cv (T2 T1 ) 2. cv 为真实比热
u cv dT
T1
T2
3. cv 为平均比热
T2 u2 2
1 T1 u1
u cv t (T2 T1 )
t2
1
3-4开口系统能量方程
Q = min(h+c2/2 + gz)out - mout(h+c2/2 + gz)in + Ws + dEcv
吸收的热量 = 焓增
•
第三章
公式小结
• 一．系统储存能的概念 • E=E内+E外 = U+ EP+EK • 二．系统与外界传递的能量 • w、Q、工质传递的能量 E+Pv • 三．闭口能量方程： • Q=△U+W • q=△u+w • 对可逆过程：q=△u+pdv • 对循环过程：∮δq=∮δw
四．开口能量方程
1. E U E k E p 或
1 2 2. 1Kg物体总能（比总能）e u c gz 2
3. 对于无运动，且高度为零的系统系 统总能 = 热力学能（内能）
eu
E U
§3-1系统的热力学能与总能 小结
E U Ek E p
内动能T 内位能V
热力学能U 总能E 外储存能
重力位能 Ep= mgz
外存储能是把系统作为一个整体，在参 考坐标中具有一定的速度c和高度z时所具 有的机械能。C、z是力学参数，与系统状 态无关，处于同一热力状态的物体或系统， 参考坐标不同，可以有不同的c、 z
§3-1系统的热力学能与总能
三、系统总能E
E=E内+E外 即：
1 2 E U mc mgz 2
§3-1系统的热力学能与总能
能量是物质运动的度量，物质处于不同的 运动形态，便有不同的能量形式。 一、热力学能 • 系统储存能表示储存于热力系的能量，这一 部分能量和热力系的状态有关。由热力学能 和外储存能组成。 热力学能 系统储存能
外储存能
§3-1系统的热力学能与总能
热力学能（内能）U ：热力系处于宏观静止状态时系 统内所有微观粒子所具有的能量之和。取决于系统 本身，由四部分能量组成。
第三章 热力学第一定律
能量既不能被创造，也不能被消灭，它 只能从一种形式转换成另一种形式，或从一 个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒 定，这一自然界普遍规律称为能量守恒与转 换定律。把这一定律应用于伴有热现象的能 量和转移过程，即为热力学第一定律。是能 量守恒与转换定律在热力学中的应用。
热一律的文字表达式
• q与u有原则的区别: • q:与过程有关,是过程量,不是状态参数 • u:只与热力状态有关,是状态量,是状态参数 • ∴不能讲系统具有多少热量q,只能讲系统具有
多少能量
q=∫Tds (J/kg)
1
2
焓
焓的定义式： 焓=内能+流动功
对于m千克工质： H U pV
对于1千克工质： h=u+ p v 1．对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递 的总能量中，取决于热力状态的那部分能量. 2 对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合 状态参数无明确的物理意义 思考：特别的对理想气体 h= f (T)
在任何发生热能与机械能转换（转移）的 热力过程中，转换前后能量的总数值保持不变。
“第一类永动机”是不可能制造成功的。
（第一类永动机——不消耗任何能量，而能连续不断 作功的循环发动机。） 热一律的数学表达式
热力学第一定律是由“热量”、“功量”、 “储存能”这三个概念，按 Q=U+W 的规律形成的能量转换规则。 P42 本章掌握内容
内位能：分子间相互作用而具有的能量， 与分子间距有关（ν） 热力 学能 储存能 外储 存能 内动能：分子热运动所具有的能量， 取决于气体的T 化学能和原子能：学反应和核反应产生的能 通常无
• 工程热力学中的内能不涉及化学能和原子能，
只是内动能和内位能之和（也称物理内能）。 它取决与系统本身（内部）的状态。内动能取 决于气体的T，内位能取决于气体的比体积ν。 • u=f (T, ν) u也是气体的状态参数 单位 J • 理想气体分子间无相互作用力，无内位能，内 能仅包括内动能∴u=f(T) u仅是T的单位函数 • 对于内能的绝对值无法测出，热工计算中，通 常只需计算内能的相对变化。∴一般人为地规 定是某一状态的的内能为零，依次作为计算u 的基准，对于理想气体常规定0K的 u=0
适用条件： 稳态，非稳态；可逆；不可逆；开口、闭口．
闭口：δmin =δmout =0 功为容积W δE=δU
Q = U + W
§3-5 稳定流动能量方程
1 2 Q mh mc mg z Ws 2 1 2 q h c g z ws 2 位能 轴功 动能
§3-1系统的热力学能与总能
二、外储存能： 也是系统储存能的一部分，取决于系统工 质与外力场的相互作用（如重力位能）及以外 界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量 （宏观动能）。 宏观动能 Ek= mc2/2 重力位能 Ep= mgz