工程热力学第五版(第二章)
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—闭口系？开口系？
Q UW
Q 0 W? 0
U 0 即 U 1U 2
强调：功是通过边界传递的能量。
例A4302661
例A4303771
8
例题１
过程 1—2 2—3 3—4 4—1
热量 Q/ kJ
210 —210
—190 40
功 W/ kJ
180
200
—300
—230
例题Ⅰ
内能变化量 ΔU /kJ
10
续32
方法Ⅱ
p
1
2
v
１-２-１组成一循环过程，对于循环过程有
Q W Q 1 2 Q 2 1 W 1 2 W 2 1
W 2 1 Q 1 2 Q 2 1 W 1 2 ( 9 ) 6 2 7 3 0 k J
11
A4302661
如图，气缸内充以空气，活塞及负载195 kg，缸 壁充分导热，取走100 kg负载，待平衡后，求：
二、第一定律的表述
热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的 时候，他们之间的比值是一定的。
或： 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失 时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现 与之相应量的热。
2
2–2 热力学能（内能）和总能
一、热力学能(internal energy)
Uch
U
Unu Uth
30 —410
110 270
9
例题２系统经一热力过程，放热9kJ，对外做功27kJ。为使其返 回原态，若对系统加热6kJ，问需对系统作功多少？ 例题Ⅱ
解 方法Ⅰ 因内能是状态参数,其变化量 U 1 2 U 2 U 1 ( U 1 U 2 ) U 2 1 (1)
闭口系能量方程为 QUW
讨论：活塞及其上重物位能增加
E p m g L 9 5 k g 9 . 8 1 m / s 2 0 . 0 5 m 4 6 . 6 J
平移动能
Uk 转动动能 振动动能
f1T
UU(T,v)
Up— f2T,v
二、总（储存）能(total stored energy of system)
热力学能，内部储存能
E U E k E p e u e k e p
宏观动能 宏观位能
总能
外部储存能
3
宏观动能与内动能的区别
第一定律第一解析式— 热
功的基本表达式
6
微元过程
续29
QdUW
1kg质量工质 qduw
循环过程 qduw
qw
上面得到的闭口系能量方程适用于任何工质、任何过程。
对于可逆过程 qdupdv
qupdv
7
例 自由膨胀
如图， 抽去隔板，求 U 解：取气体为热力系
由于
m2= m1
u 0.72T
kJ/kg
K
U 0
T2=T1
14
W ？ 2 pdV 不可逆
2
W pdVW?
1
1
外力 Fe p2 A 向上移动了5 cm，因此体系对外力作功
W F e Lp 2A L 1 .9 6 0 1 0 5P a (0 .0 1m 2 0 .0 5m )9 8J
三、热力学能是状态参数
dU0
测量 p、V、T 可求出 U
四、热力学能单位 J
kJ
五、工程中关心 U
4
2–3 热力学第一定律基本表达式
加入系统的能量总和－热力系统输出的能量总和
= 热力系总储存能的增量 δW
δ m iei
E
δQ
流入： δQ δmiei
内部贮能的增量：dE
δm je j
V 2 p p 1 2 V 1 1 2 ..9 9 6 4 0 1 1 1 0 0 5 5P P a a 0 .0 0 1 m 3 0 .0 1 L L
L0.05m5cm
（2）气体在过程中作的功
据 QUW
U U 2 U 1 (m 2 u 2 ) (m 1 u 1 )
对应于12 和21两过程有 Q 1 2 U 1 2 W 1 2 U 1 2 Q 1 2 W 1 2 (2) Q 2 1 U 2 1 W 2 1 U 2 1 Q 2 1 W 2 1 (3)
将(2) (3)整理后代入(1)式，有
Q 1 2 W 1 2 (Q 2 1 W 2 1) 或 W 2 1 Q 1 2 W 1 2 Q 2 1 ( 9 2 7 ) 6 3 0 k J
V 1 A L ( 0 .0 1 m 2 0 .1 m ) 0 .0 0 1 m 3
p2pbF A 21.960105Pa
T2 T1
V 2 A ( L L ) 0 .0 1 ( L L )
13
（1）求活塞上升的高度 过程中质量m不变 m1Rp1gVT11 m2 Rp2gV T22
（1）活塞上升的高度 L
（2）气体在过程中作的功，已知
u 0.72T
kJ/kg
K
12
解：取缸内气体为热力系—闭口系。
分析：突然取走100 kg负载，气体 失去平衡，振荡后最终建立新的平衡 态。虽不计摩擦，因非准静态，故过 程不可逆，可应用第一定律解析式。
首先计算状态1及2的参数：
p 1 p b F A 1 (7 7 1 1 3 3 .3 2 )P a 1 1 0 9 0 5 9 8 1 0 0 P a 2 .9 4 1 1 0 5P a
第二章 热力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ第一定律
First law of thermodynamics
2–1 热力学第一定律的实质 2-2 热力学能（内能）和总能 2–3 热力学第一定律基本表达式 2–4 闭口系基本能量方程式 2–5 开口系能量方程
1
2–1 热力学第一定律的实质
一、第一定律的实质
能量守恒与转换定律在热现象中的应用。
E+dE
d
流出：δW δmjej
5
2–4 闭口系基本能量方程式
Q E 1 2 ejδ m j e iδ m i W to t
闭口系， δmi 0 δmj 0
忽略宏观动能Uk和位能Up， EU
QUW δQdUδW quw δqduδw
Q UW
Q 0 W? 0
U 0 即 U 1U 2
强调：功是通过边界传递的能量。
例A4302661
例A4303771
8
例题１
过程 1—2 2—3 3—4 4—1
热量 Q/ kJ
210 —210
—190 40
功 W/ kJ
180
200
—300
—230
例题Ⅰ
内能变化量 ΔU /kJ
10
续32
方法Ⅱ
p
1
2
v
１-２-１组成一循环过程，对于循环过程有
Q W Q 1 2 Q 2 1 W 1 2 W 2 1
W 2 1 Q 1 2 Q 2 1 W 1 2 ( 9 ) 6 2 7 3 0 k J
11
A4302661
如图，气缸内充以空气，活塞及负载195 kg，缸 壁充分导热，取走100 kg负载，待平衡后，求：
二、第一定律的表述
热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的 时候，他们之间的比值是一定的。
或： 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失 时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现 与之相应量的热。
2
2–2 热力学能（内能）和总能
一、热力学能(internal energy)
Uch
U
Unu Uth
30 —410
110 270
9
例题２系统经一热力过程，放热9kJ，对外做功27kJ。为使其返 回原态，若对系统加热6kJ，问需对系统作功多少？ 例题Ⅱ
解 方法Ⅰ 因内能是状态参数,其变化量 U 1 2 U 2 U 1 ( U 1 U 2 ) U 2 1 (1)
闭口系能量方程为 QUW
讨论：活塞及其上重物位能增加
E p m g L 9 5 k g 9 . 8 1 m / s 2 0 . 0 5 m 4 6 . 6 J
平移动能
Uk 转动动能 振动动能
f1T
UU(T,v)
Up— f2T,v
二、总（储存）能(total stored energy of system)
热力学能，内部储存能
E U E k E p e u e k e p
宏观动能 宏观位能
总能
外部储存能
3
宏观动能与内动能的区别
第一定律第一解析式— 热
功的基本表达式
6
微元过程
续29
QdUW
1kg质量工质 qduw
循环过程 qduw
qw
上面得到的闭口系能量方程适用于任何工质、任何过程。
对于可逆过程 qdupdv
qupdv
7
例 自由膨胀
如图， 抽去隔板，求 U 解：取气体为热力系
由于
m2= m1
u 0.72T
kJ/kg
K
U 0
T2=T1
14
W ？ 2 pdV 不可逆
2
W pdVW?
1
1
外力 Fe p2 A 向上移动了5 cm，因此体系对外力作功
W F e Lp 2A L 1 .9 6 0 1 0 5P a (0 .0 1m 2 0 .0 5m )9 8J
三、热力学能是状态参数
dU0
测量 p、V、T 可求出 U
四、热力学能单位 J
kJ
五、工程中关心 U
4
2–3 热力学第一定律基本表达式
加入系统的能量总和－热力系统输出的能量总和
= 热力系总储存能的增量 δW
δ m iei
E
δQ
流入： δQ δmiei
内部贮能的增量：dE
δm je j
V 2 p p 1 2 V 1 1 2 ..9 9 6 4 0 1 1 1 0 0 5 5P P a a 0 .0 0 1 m 3 0 .0 1 L L
L0.05m5cm
（2）气体在过程中作的功
据 QUW
U U 2 U 1 (m 2 u 2 ) (m 1 u 1 )
对应于12 和21两过程有 Q 1 2 U 1 2 W 1 2 U 1 2 Q 1 2 W 1 2 (2) Q 2 1 U 2 1 W 2 1 U 2 1 Q 2 1 W 2 1 (3)
将(2) (3)整理后代入(1)式，有
Q 1 2 W 1 2 (Q 2 1 W 2 1) 或 W 2 1 Q 1 2 W 1 2 Q 2 1 ( 9 2 7 ) 6 3 0 k J
V 1 A L ( 0 .0 1 m 2 0 .1 m ) 0 .0 0 1 m 3
p2pbF A 21.960105Pa
T2 T1
V 2 A ( L L ) 0 .0 1 ( L L )
13
（1）求活塞上升的高度 过程中质量m不变 m1Rp1gVT11 m2 Rp2gV T22
（1）活塞上升的高度 L
（2）气体在过程中作的功，已知
u 0.72T
kJ/kg
K
12
解：取缸内气体为热力系—闭口系。
分析：突然取走100 kg负载，气体 失去平衡，振荡后最终建立新的平衡 态。虽不计摩擦，因非准静态，故过 程不可逆，可应用第一定律解析式。
首先计算状态1及2的参数：
p 1 p b F A 1 (7 7 1 1 3 3 .3 2 )P a 1 1 0 9 0 5 9 8 1 0 0 P a 2 .9 4 1 1 0 5P a
第二章 热力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ第一定律
First law of thermodynamics
2–1 热力学第一定律的实质 2-2 热力学能（内能）和总能 2–3 热力学第一定律基本表达式 2–4 闭口系基本能量方程式 2–5 开口系能量方程
1
2–1 热力学第一定律的实质
一、第一定律的实质
能量守恒与转换定律在热现象中的应用。
E+dE
d
流出：δW δmjej
5
2–4 闭口系基本能量方程式
Q E 1 2 ejδ m j e iδ m i W to t
闭口系， δmi 0 δmj 0
忽略宏观动能Uk和位能Up， EU
QUW δQdUδW quw δqduδw