第2章热力学第一定律讲解
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热能可与其他形式的能量相互转化，而且在转换的过 程中，能的总量保持不变
热力学第一定律反映的问题
热能与其他形式的能量之间可以相互转换， 说明热和其他能量形式一样,是运动的一种度 量,具体的说就是分子热运动的度量
在转换过程中能量的数量wenku.baidu.com持不变,要获得 一部分功,就必须付出一定的能量
热量 相应量 功
还包括由于化学反应而产生的化学能， 原子核内部的原子能及电磁场下的电磁能等
热力学能：是指储存于热力系内部的能量． 用U表示，单位是J或 kJ，单位质量工质的热力 学能称为比热力学能，用u表示，单位是J/kg或 kJ/Kg
热力学能是工质的状态参数，完全取决于工 质的初态和终态，与过程的途径无关
热力学能为两个独立状态参数的函数： u=f(T,v)或u=f(T,p)或u=f(p,v)
能量的传递和转化(迁移能)
能量从一个物体传递到另一个物体有两种形式：作功和
传热
作功：和工质宏观位移有关，伴随着能量形态的转化
传热：和工质宏观位移无关，传递能量的多少用热量来
度量
热能转变为机械能的过程：
能量转换的热力学过程
热能 热力学能 机械能
单纯的机械过程
热能
机械能 动能
推动功：开口系统与外界之间因为工质流动而传 递的机械功
泉,当过程可逆时,其计算式为…… ,是对应闭口系所求的功
推动功 定义:因工质在开口系中流动而传递的功,计算式为……
流动功
定义:开口系为了维持工质流动所需的功,它是进出口推动功
之差,计算式为……
焓的定义
焓的定义式： 焓=热力学能+推动功 对于m千克工质 H U pV 对于1千克工质 h u pv
加给工质的热量一部分用于增加工质的热力学能，储存 于工质内部，余下的一部分以作功的形式传递至外界
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
微分形式 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
第二章 热力学第一定律
本章要求
理解热力学第一定律的实质—能量守恒定律 掌握流动功,轴功及技术功的概念 注意热力学能，焓的引入及定义 掌握热力学第一定律能量方程的基本表达式
及稳定流动能量方程
本章学习流程
热力学第一定律的提出 热力系能量的组成 能量之间的传递和转化 ＋ 焓 闭口系能量方程 ＋ 开口系能量方程 （第一定律数学表达式）
第一类永动机：不消耗能量而连续作功的设备
热力学第一定律的另一种说法： 第一类永动机是不可能制造成功的
热力学能和总能 一．热力学能（内储存能）
是指组成热力系的大量微观粒子本身所具 有的能量，主要由两部分组成：
内动能：分子热运动的动能，为温度的函 数（分子移动，转动，振动）
内位能：分子之间由于相互作用所形成的 位能，决定于气体的比体积和温度
2
h 1 dh h2 h1
dh 0
dh h dT h dv T v v T
2h 2h Tv vT
热力学第一定律的能量方程式
对于一个热力系统中的能量变化：
输入系统的能量-输出系统的能量=系统总储存 能量的变化 说明： 闭口系统，进入和离开系统的能量只包括热量和
推动功: pAl pV mpv
对于单位质量工质，推动功等于pv 只有在工质移动时才起作用
流动功：出口处付出的推动功与入口处得到的 推动功的差．流动功可以理解为开口系统维持流动 所要付出的代价
p2v2 p1v1
在不考虑工质的动能与位能变化时,开口系与外 界交换的功量为膨胀功与流动功之差
焓的单位： J,比焓的单位：J/kg
焓的物理意义：
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. 是引进1Kg工质而获得的总能量，是热力学能 与推动功之和
对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态 参数
焓为状态参数，可以表示为 h f T, v
宏观动能：
Ek
1 mc2 2
m ：物体质量；c ：运动速度
重力位能： Ep mgZ
Z ：相对于系统外的参考坐标 系的高度
三．系统总能
系统总储存能(E)=热力学能(U)+外储存能(Ek+Ep)
单位质量工质的比储存能：
e u 1 c2 gz 2
比储存能为状态参数 对于没有宏观运动且相对高度为零的系统，总储 存能就等于热力学能
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：热能和机械能在传递和转换的过程 中，能量的总量必定守恒.
热可以转变为功,功可以转变为热,一定热量的消失时, 必转变为与之相当的功,消耗一定量的功时,也必出现相当 数量的热.
作功两项 开口系统，除了上述两项外，还有随同物质带进，
带出系统的能量
闭口系能量方程
闭口系：系统与外界没有物质交换，传递能量 只有热量和功两种形式．在热力过程中系统从外界 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：
Q U W 热力学第一定律的解析式
w ( p2v2 p1v1)
关于热能与机械能之间转换的说明
工质膨胀时才能实现热能向机械能的转化
机械能转化为热能主要通过对工质压缩作功，另 外还可以通过摩擦和碰撞来完成
热能和机械能的可逆转换总是与工质的膨胀和压 缩联系在一起的
几种功的比较
体积变化功
定义:系统体积变化所完成的功,是简单可压缩系热变功的源
热力学能只取决于热力系内部的状态,且具有 可加性,是一个具有广延性质的状态参数
2
1 du u2 u1
du 0
du u dT u dv
T v
v T
2u 2u Tv vT
二．外储存能
工质在参考坐标系中作为一个整体，因有宏观 速度而具有动能，因有高度差而具有位能
热力学第一定律反映的问题
热能与其他形式的能量之间可以相互转换， 说明热和其他能量形式一样,是运动的一种度 量,具体的说就是分子热运动的度量
在转换过程中能量的数量wenku.baidu.com持不变,要获得 一部分功,就必须付出一定的能量
热量 相应量 功
还包括由于化学反应而产生的化学能， 原子核内部的原子能及电磁场下的电磁能等
热力学能：是指储存于热力系内部的能量． 用U表示，单位是J或 kJ，单位质量工质的热力 学能称为比热力学能，用u表示，单位是J/kg或 kJ/Kg
热力学能是工质的状态参数，完全取决于工 质的初态和终态，与过程的途径无关
热力学能为两个独立状态参数的函数： u=f(T,v)或u=f(T,p)或u=f(p,v)
能量的传递和转化(迁移能)
能量从一个物体传递到另一个物体有两种形式：作功和
传热
作功：和工质宏观位移有关，伴随着能量形态的转化
传热：和工质宏观位移无关，传递能量的多少用热量来
度量
热能转变为机械能的过程：
能量转换的热力学过程
热能 热力学能 机械能
单纯的机械过程
热能
机械能 动能
推动功：开口系统与外界之间因为工质流动而传 递的机械功
泉,当过程可逆时,其计算式为…… ,是对应闭口系所求的功
推动功 定义:因工质在开口系中流动而传递的功,计算式为……
流动功
定义:开口系为了维持工质流动所需的功,它是进出口推动功
之差,计算式为……
焓的定义
焓的定义式： 焓=热力学能+推动功 对于m千克工质 H U pV 对于1千克工质 h u pv
加给工质的热量一部分用于增加工质的热力学能，储存 于工质内部，余下的一部分以作功的形式传递至外界
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
微分形式 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
第二章 热力学第一定律
本章要求
理解热力学第一定律的实质—能量守恒定律 掌握流动功,轴功及技术功的概念 注意热力学能，焓的引入及定义 掌握热力学第一定律能量方程的基本表达式
及稳定流动能量方程
本章学习流程
热力学第一定律的提出 热力系能量的组成 能量之间的传递和转化 ＋ 焓 闭口系能量方程 ＋ 开口系能量方程 （第一定律数学表达式）
第一类永动机：不消耗能量而连续作功的设备
热力学第一定律的另一种说法： 第一类永动机是不可能制造成功的
热力学能和总能 一．热力学能（内储存能）
是指组成热力系的大量微观粒子本身所具 有的能量，主要由两部分组成：
内动能：分子热运动的动能，为温度的函 数（分子移动，转动，振动）
内位能：分子之间由于相互作用所形成的 位能，决定于气体的比体积和温度
2
h 1 dh h2 h1
dh 0
dh h dT h dv T v v T
2h 2h Tv vT
热力学第一定律的能量方程式
对于一个热力系统中的能量变化：
输入系统的能量-输出系统的能量=系统总储存 能量的变化 说明： 闭口系统，进入和离开系统的能量只包括热量和
推动功: pAl pV mpv
对于单位质量工质，推动功等于pv 只有在工质移动时才起作用
流动功：出口处付出的推动功与入口处得到的 推动功的差．流动功可以理解为开口系统维持流动 所要付出的代价
p2v2 p1v1
在不考虑工质的动能与位能变化时,开口系与外 界交换的功量为膨胀功与流动功之差
焓的单位： J,比焓的单位：J/kg
焓的物理意义：
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. 是引进1Kg工质而获得的总能量，是热力学能 与推动功之和
对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态 参数
焓为状态参数，可以表示为 h f T, v
宏观动能：
Ek
1 mc2 2
m ：物体质量；c ：运动速度
重力位能： Ep mgZ
Z ：相对于系统外的参考坐标 系的高度
三．系统总能
系统总储存能(E)=热力学能(U)+外储存能(Ek+Ep)
单位质量工质的比储存能：
e u 1 c2 gz 2
比储存能为状态参数 对于没有宏观运动且相对高度为零的系统，总储 存能就等于热力学能
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：热能和机械能在传递和转换的过程 中，能量的总量必定守恒.
热可以转变为功,功可以转变为热,一定热量的消失时, 必转变为与之相当的功,消耗一定量的功时,也必出现相当 数量的热.
作功两项 开口系统，除了上述两项外，还有随同物质带进，
带出系统的能量
闭口系能量方程
闭口系：系统与外界没有物质交换，传递能量 只有热量和功两种形式．在热力过程中系统从外界 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：
Q U W 热力学第一定律的解析式
w ( p2v2 p1v1)
关于热能与机械能之间转换的说明
工质膨胀时才能实现热能向机械能的转化
机械能转化为热能主要通过对工质压缩作功，另 外还可以通过摩擦和碰撞来完成
热能和机械能的可逆转换总是与工质的膨胀和压 缩联系在一起的
几种功的比较
体积变化功
定义:系统体积变化所完成的功,是简单可压缩系热变功的源
热力学能只取决于热力系内部的状态,且具有 可加性,是一个具有广延性质的状态参数
2
1 du u2 u1
du 0
du u dT u dv
T v
v T
2u 2u Tv vT
二．外储存能
工质在参考坐标系中作为一个整体，因有宏观 速度而具有动能，因有高度差而具有位能