热力学第一定律及重要公式
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形成 。
核能
说明：
化学能
注意：
•内能是状态量 对理想气体u=f (T)
• 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
二、外储存能
系统工质与外力场的相互作用
所具有的能量 如：重力位能
组 成
Ep mgz
以外界为参考坐标的系统宏观运动 所具有的能量 如：宏观动能
Q U W
对于微元过程，有：Q dU W
对于单位质量工质，有：
q u w,q du w
各项正负号的规定：吸热和对外作功为正，
放热和外界对系统作功为负
热力系吸 收的能量
增加系统的热力学能 对外膨胀作功
热能转变为机械能 的根本途径
§3-3闭口系能量方程
• （一）、能量方程表达式
U Q W 适用于mkg质量工质 u q 适 用w1kg质量工质
0
0
理想气体组成的
n
n
混合气体的内能：U U1 U2 Un Ui miui
i1
i1
理想气体焓的计算
h u RT f T
2
h cpdT
1
适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程，
用真实比 热计算: 经验公式
cp f T
代入
2
h cpdT
1
用平均比
热计算 :
t2
由于反映的是热量、内能、膨胀功三者关系，因而 该方程也适用于开口系统、任何工质、任何过程.
特别的: 对可逆过程
2
u q pdv
1
功 （ w） 是广义功
闭口系与外界交换的功量
q = du + w
准静态容积变化功 拉伸功 表面张力功
pdv
w拉伸= - dl w表面张力= - dA
w = pdv - dl - dA +…...
• 收入-支出=系统储能的变化
• 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。
§3-1系统的储存能
一、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，单位质量工质所具有的内能，称为比内能，
简称内能。
分子动能（移动、转动、振动）
分子位能（相互作用）：克服分子间的作用力所
二、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.
1．膨胀功W： 在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。
膨胀功是热变功的源泉 单位：l J=l Nm
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
2 轴功WS: 通过轴系统与外界传递的机械功
注意: 刚性闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换
t2
t1
h
cpdt
cpdt
cpdt
cpm
t2 0
t2
cpm
t1 0
t1
t1
0
0
• 1、工质的质量为m，流速为c，离基准面的高度 为z，请写出该质量的能量E的表达式。当这部分 质量跨越边界后，随质量交换面交换的能量是多 少?请写出该质量流的能量Ef的表达式。
• 2、一个门窗开着的房间，若室内空气的压力不变 而温度升高了，则室内空气的总热力学能发生了 怎样的变化?室内空气的比热力学能随温度升高发 生了怎样的变化？空气为理想气体，定容比热为 常数。
由泵风机等提供
思考：与其它功区别
四、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
❖焓的物理意义：
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
思考：特别的对理想气体 h= f (T)
热量
外界热源
系
功
外界功源
统 随物质传递的能量
外界质源
与外界热源,功源,质源之间进行的能量传递
一、热量
➢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
通常规定：系统输出轴功为正，输入轴功为负。
三、随物质传递的能量
1． 流动工质 本身具有的能量
E U 1 mc2 mgz 2
2． 流动功(或推动功)Wf：维持流体正常流动所 必须传递量，为推动流体通过控制体界面而传
递的机械功。
推动1kg工质进、 出控制体时需功
wf p2v2 p1v1
注意: 取决于控制体进出口界面工质的热力状态
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程 w = pdv q = du + pdv 热一律解析式之一
q = u + pdv 简单可压缩系可逆过程
q = Tds Tds = du + pdv 热力学恒等式 Tds = u + pdv
（二）、循环过程第一定律表达式
本章重点
• 本章基本要求 • 本章重点
• 深刻理解热量、储存 能、功的概念，深刻 理解内能、焓的物理 意义
• 熟练应用热力学第 一定律解决具体问 题
• 理解膨胀（压缩）功、 轴功、技术功、流动 功的联系与区别
热力学第一定律的实质
• 热力学第一定律是能量转换和守恒定律在热力学 上的应用，确定了热能和机械能之间的相互转换 的数量关系。热力学第一定律：热能和机械能在 转移和转换的过程中，能量的总量必定守恒。
理想气体内能变化计算
qv duv cvdT
2
u cv dT
1
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
用真实比
2
热计算: 经验公式 cv f T 代入 u cvdT 1
用 平 均 比
热计算 :
t2
t2
t1
u
cvdt
cvdt
cvdt
cvm
t2 0
t2
cvm
t1 0
t1
t1
§3-3闭口系能量方程
能量平衡关系式： 输入系统的能量-输出系统的能量=系统总储
存能量的变化
闭口系：系统与外界没有物质 交换，传递能量只有热量和功 量两种形式。在热力过程中 （如图）系统从外界热源取得 热量Q；对外界做膨胀功W；
Q W E2 E1
对于不做整体移动的闭口系，系统宏观动能和位 能均无变化，有：
Ek
1 mc2 2
三、系统总能
外部储存能
宏观动能 Ek= mc2/2 宏观位能 Ep= mgz
机械能
系统总能
E = U + Ek + Ep或
E U 1 mc2 mgz 2
e = u + ek + ep
e u 1 c2 gz
2
百度文库
一般与系统同坐标，常用U, dU, u, du
3．2 系统与外界传递的能量
核能
说明：
化学能
注意：
•内能是状态量 对理想气体u=f (T)
• 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
二、外储存能
系统工质与外力场的相互作用
所具有的能量 如：重力位能
组 成
Ep mgz
以外界为参考坐标的系统宏观运动 所具有的能量 如：宏观动能
Q U W
对于微元过程，有：Q dU W
对于单位质量工质，有：
q u w,q du w
各项正负号的规定：吸热和对外作功为正，
放热和外界对系统作功为负
热力系吸 收的能量
增加系统的热力学能 对外膨胀作功
热能转变为机械能 的根本途径
§3-3闭口系能量方程
• （一）、能量方程表达式
U Q W 适用于mkg质量工质 u q 适 用w1kg质量工质
0
0
理想气体组成的
n
n
混合气体的内能：U U1 U2 Un Ui miui
i1
i1
理想气体焓的计算
h u RT f T
2
h cpdT
1
适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程，
用真实比 热计算: 经验公式
cp f T
代入
2
h cpdT
1
用平均比
热计算 :
t2
由于反映的是热量、内能、膨胀功三者关系，因而 该方程也适用于开口系统、任何工质、任何过程.
特别的: 对可逆过程
2
u q pdv
1
功 （ w） 是广义功
闭口系与外界交换的功量
q = du + w
准静态容积变化功 拉伸功 表面张力功
pdv
w拉伸= - dl w表面张力= - dA
w = pdv - dl - dA +…...
• 收入-支出=系统储能的变化
• 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。
§3-1系统的储存能
一、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，单位质量工质所具有的内能，称为比内能，
简称内能。
分子动能（移动、转动、振动）
分子位能（相互作用）：克服分子间的作用力所
二、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.
1．膨胀功W： 在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。
膨胀功是热变功的源泉 单位：l J=l Nm
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
2 轴功WS: 通过轴系统与外界传递的机械功
注意: 刚性闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换
t2
t1
h
cpdt
cpdt
cpdt
cpm
t2 0
t2
cpm
t1 0
t1
t1
0
0
• 1、工质的质量为m，流速为c，离基准面的高度 为z，请写出该质量的能量E的表达式。当这部分 质量跨越边界后，随质量交换面交换的能量是多 少?请写出该质量流的能量Ef的表达式。
• 2、一个门窗开着的房间，若室内空气的压力不变 而温度升高了，则室内空气的总热力学能发生了 怎样的变化?室内空气的比热力学能随温度升高发 生了怎样的变化？空气为理想气体，定容比热为 常数。
由泵风机等提供
思考：与其它功区别
四、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
❖焓的物理意义：
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
思考：特别的对理想气体 h= f (T)
热量
外界热源
系
功
外界功源
统 随物质传递的能量
外界质源
与外界热源,功源,质源之间进行的能量传递
一、热量
➢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
通常规定：系统输出轴功为正，输入轴功为负。
三、随物质传递的能量
1． 流动工质 本身具有的能量
E U 1 mc2 mgz 2
2． 流动功(或推动功)Wf：维持流体正常流动所 必须传递量，为推动流体通过控制体界面而传
递的机械功。
推动1kg工质进、 出控制体时需功
wf p2v2 p1v1
注意: 取决于控制体进出口界面工质的热力状态
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程 w = pdv q = du + pdv 热一律解析式之一
q = u + pdv 简单可压缩系可逆过程
q = Tds Tds = du + pdv 热力学恒等式 Tds = u + pdv
（二）、循环过程第一定律表达式
本章重点
• 本章基本要求 • 本章重点
• 深刻理解热量、储存 能、功的概念，深刻 理解内能、焓的物理 意义
• 熟练应用热力学第 一定律解决具体问 题
• 理解膨胀（压缩）功、 轴功、技术功、流动 功的联系与区别
热力学第一定律的实质
• 热力学第一定律是能量转换和守恒定律在热力学 上的应用，确定了热能和机械能之间的相互转换 的数量关系。热力学第一定律：热能和机械能在 转移和转换的过程中，能量的总量必定守恒。
理想气体内能变化计算
qv duv cvdT
2
u cv dT
1
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
用真实比
2
热计算: 经验公式 cv f T 代入 u cvdT 1
用 平 均 比
热计算 :
t2
t2
t1
u
cvdt
cvdt
cvdt
cvm
t2 0
t2
cvm
t1 0
t1
t1
§3-3闭口系能量方程
能量平衡关系式： 输入系统的能量-输出系统的能量=系统总储
存能量的变化
闭口系：系统与外界没有物质 交换，传递能量只有热量和功 量两种形式。在热力过程中 （如图）系统从外界热源取得 热量Q；对外界做膨胀功W；
Q W E2 E1
对于不做整体移动的闭口系，系统宏观动能和位 能均无变化，有：
Ek
1 mc2 2
三、系统总能
外部储存能
宏观动能 Ek= mc2/2 宏观位能 Ep= mgz
机械能
系统总能
E = U + Ek + Ep或
E U 1 mc2 mgz 2
e = u + ek + ep
e u 1 c2 gz
2
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一般与系统同坐标，常用U, dU, u, du
3．2 系统与外界传递的能量