第3章热力学第一定律-资料
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e u 1 c2 gz pv（J / kg） 2
焓
❖焓的定义式： 焓=内能+流动功
对于m千克工质： HUpV
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
1、分子动能与温度T有关；
2、分子位能与比容v有关；
3、热力学能与温度T和比容v有关；
说明： 1、内能是状态量 2、U : 广延参数 [ kJ ] u : 比参数 [kJ/kg] 3、内能总以变化量出现，内能零点人为定
注意： 对理想气体u=f (T)
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
进入控制体的质量-离开控制体的质量=控制体中 质量的变化
◆能量守恒原则
进入控制体的能量-离开控制体的能量=控制体储 存能量的变化
Wnet Q
推进功的引入
min
1 2
c
2 in
uin gzin
这个结果与实验 不符!
少了推进功
Q
Wnet
uout gzout
mout
1 2
c2 out
Q + min(u + c2/2 + gz)in - mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv
理想气体内能变化计算
考虑热力学第一定律的定容热力变化过程
qv = du v+ pdv dv=0
qv = duv
对于理想气体 du v=f(T)
qv dvucvdT
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
用定值比热计算:
2
u cvdTcvT2T1
1
用平均比热计算 :
t2
t2
推进功的表达式
推进功（流动功、推动功）
W推 = p A dl = pV p w推= pv
注意： 不是 pdv v 没有变化
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,
思考：特别的对理想气体 h= f (T)
§3-3 闭口系能量方程
对于简单可压缩系统，系统吸收的热量，一 部分用于对外作功，一部分用于改变系统的内能。
Q-W=ΔU Q=W+ΔU δq=du+δw
备注：在此不计系统宏观动能和重力位能的变化， 即 ΔE=ΔU=U2-U1
闭口系能量方程的通式
q = du + w
➢定义:
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.
➢种类:
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W: 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。
而由外界做出，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
开口系能量方程的推导
uin pvin
min
1 2
c
2 in
gzin
Wnet
mout uout
Q
pvout gzout
1 2
c2 out
Q + min(u + c2/2 + gz)in
思考：若在地球上研究飞行器，就要考 虑宏观动能与重力势能
q = de + w = du + dek + dep + w
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
随物质传递的能量
1． 流动工质 本身具有的能量
EU1mc2 mgz 2
2． 流动功(或推动功)
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 p2v2p1v1
注意: 取决于控制体进出口界面工质的热力状态 由泵风机等提供
思考：与其它功区别
流动工质传递的总能量
E U 1 mc2 mgz pV（J） 2
t1
ucvdtcvdtcvdtcvm t02t2cvm t0 1t1
t1
0
0
理想气体组成的混合气体的内能：
n
n
UU 1U 2U n U i m iui
i1
i1
热力学一定律在循环过程1-2-3-4-1的应用
q12 u2 u1 w12 q23 u3 u2 w23 q34 u4 u3 w34 q41 u1 u4 w41 对于整个循环：内能不 变 系统得到的净热量等于 对外所作的净功 第一类永动机不可能制 造！
§3-2 系统与外界传递的能量
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
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Байду номын сангаас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
功
例题：有一绝热容器，有隔板将它分成A、B两部分，开 始时，A中盛有TA=300K，pA=0.1MPa、VA=0.5m3的 空气；B中盛有TB=350K，pB=0.5MPa、VB=0.2m3的 空气，求打开隔板后两容器达到平衡时的温度和压力。
隔 板
A
B
§ 3-4 开口系能量方程
两条基本原则
◆质量守恒原则
第三章 热力学第一定律
• 本章基本要求
• 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
• 理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的
联系与区别
• 本章重点
• 熟练应用热力学第一定律解决具体问题
§3-1系统的储存能
一、热力学能（内能） 分子动能（移动、转动、振动） 分子位能（相互作用） 核能 化学能（一般不考虑）
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
Ek
1 mc2 2
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 J
1kg的物质：e = u + ek + ep J/kg
一般与系统同坐标，常用U, dU, u, du
焓
❖焓的定义式： 焓=内能+流动功
对于m千克工质： HUpV
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
1、分子动能与温度T有关；
2、分子位能与比容v有关；
3、热力学能与温度T和比容v有关；
说明： 1、内能是状态量 2、U : 广延参数 [ kJ ] u : 比参数 [kJ/kg] 3、内能总以变化量出现，内能零点人为定
注意： 对理想气体u=f (T)
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
进入控制体的质量-离开控制体的质量=控制体中 质量的变化
◆能量守恒原则
进入控制体的能量-离开控制体的能量=控制体储 存能量的变化
Wnet Q
推进功的引入
min
1 2
c
2 in
uin gzin
这个结果与实验 不符!
少了推进功
Q
Wnet
uout gzout
mout
1 2
c2 out
Q + min(u + c2/2 + gz)in - mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv
理想气体内能变化计算
考虑热力学第一定律的定容热力变化过程
qv = du v+ pdv dv=0
qv = duv
对于理想气体 du v=f(T)
qv dvucvdT
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
用定值比热计算:
2
u cvdTcvT2T1
1
用平均比热计算 :
t2
t2
推进功的表达式
推进功（流动功、推动功）
W推 = p A dl = pV p w推= pv
注意： 不是 pdv v 没有变化
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,
思考：特别的对理想气体 h= f (T)
§3-3 闭口系能量方程
对于简单可压缩系统，系统吸收的热量，一 部分用于对外作功，一部分用于改变系统的内能。
Q-W=ΔU Q=W+ΔU δq=du+δw
备注：在此不计系统宏观动能和重力位能的变化， 即 ΔE=ΔU=U2-U1
闭口系能量方程的通式
q = du + w
➢定义:
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.
➢种类:
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W: 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。
而由外界做出，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
开口系能量方程的推导
uin pvin
min
1 2
c
2 in
gzin
Wnet
mout uout
Q
pvout gzout
1 2
c2 out
Q + min(u + c2/2 + gz)in
思考：若在地球上研究飞行器，就要考 虑宏观动能与重力势能
q = de + w = du + dek + dep + w
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
随物质传递的能量
1． 流动工质 本身具有的能量
EU1mc2 mgz 2
2． 流动功(或推动功)
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 p2v2p1v1
注意: 取决于控制体进出口界面工质的热力状态 由泵风机等提供
思考：与其它功区别
流动工质传递的总能量
E U 1 mc2 mgz pV（J） 2
t1
ucvdtcvdtcvdtcvm t02t2cvm t0 1t1
t1
0
0
理想气体组成的混合气体的内能：
n
n
UU 1U 2U n U i m iui
i1
i1
热力学一定律在循环过程1-2-3-4-1的应用
q12 u2 u1 w12 q23 u3 u2 w23 q34 u4 u3 w34 q41 u1 u4 w41 对于整个循环：内能不 变 系统得到的净热量等于 对外所作的净功 第一类永动机不可能制 造！
§3-2 系统与外界传递的能量
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
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Байду номын сангаас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
功
例题：有一绝热容器，有隔板将它分成A、B两部分，开 始时，A中盛有TA=300K，pA=0.1MPa、VA=0.5m3的 空气；B中盛有TB=350K，pB=0.5MPa、VB=0.2m3的 空气，求打开隔板后两容器达到平衡时的温度和压力。
隔 板
A
B
§ 3-4 开口系能量方程
两条基本原则
◆质量守恒原则
第三章 热力学第一定律
• 本章基本要求
• 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
• 理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的
联系与区别
• 本章重点
• 熟练应用热力学第一定律解决具体问题
§3-1系统的储存能
一、热力学能（内能） 分子动能（移动、转动、振动） 分子位能（相互作用） 核能 化学能（一般不考虑）
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
Ek
1 mc2 2
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 J
1kg的物质：e = u + ek + ep J/kg
一般与系统同坐标，常用U, dU, u, du