工程热力学与传热学 第三章 热力学第一定律1234
工程热力学和传热学课后答案
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为ＭＰａ，而当地大气压力为，当航行至另一海域，其真空度变化为，而当地大气压力变化为。
试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。
试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。
大气压力为760mmHg。
试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3）圆筒顶面所受的作用力。
图1-2第二章 热力学第一定律一．基本概念功： 热量： 体积功： 节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？ 2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
热力学第一定律及重要公式ppt课件
0
0
n
n
混合气体的内能：UU 1U 2U n U i m iui
.
i1
i1
理想气体焓的计算
huRTfT
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 fT 代入
2
h cpdT
1
用平均比
热计算 :
t2
t2
t1
hcpdtcpdtcpdtcpm t02t2cpm t01t1
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：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
思考：特别的对理想. 气体 h= f (T)
加热，压力升高到P2。求：气体对外作功量 及吸收热量。（设气体比热CV及气体常数R
为已知）。
.
解：取气缸中气体为系统。外界包括大气、弹簧及
热源。
• （1）系统对外作功量W：包括对弹簧作功及克服 大气压力P0作功。
• 设活塞移动距离为x，由力平衡求出：
• 初态：弹簧力F=0，P1=P0
对于流体流过管道， ws 0
vdp1dc2 gdz0 2
压力能 动能 位能
dp 1 dc2 dz 0
g 2g
.
机械能守恒 柏努利方程
• 例1．门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行, 若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。 于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温 度的目的,你认为这种想法可行吗?
工程热力学和传热学课后答案(前五章)
页眉内容
对于可逆过程，都正确。
3．某封闭系统经历了一不可逆过程，系统向外界放热为10kJ，同时外界对系统作功为20kJ。
1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；
2）按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负、可正可负亦可为零）。
4．判断是非（对画，错画×）
1）在任何情况下，对工质加热，其熵必增加。（）
2．下列说法是否正确，为什么？
1）熵增大的过程为不可逆过程；
只适用于孤立系统
2）工质经不可逆循环，S0；
S =0
3）可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程；
定熵过程就是工质状态沿可逆绝热线变化的过程
4）加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。
根据ds≥△q/T，前半句绝对正确，后半句未必，比如摩擦导致工质温度升高的放热过程。
w123>w143
14
谁大谁小？又如2和3在同一条等温线上呢？
所以
P
v
图4-2
2
2->3为绝热膨胀过程，内能下降。所以
u2>u3。
4．讨论1<n<k的多变膨胀过程中绝气热体线温度的变化以及气体与外界热传递的方向，并用热力学第一
（3）绝热系统。
图
1-1
5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应
（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆
（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已
3.2热力学第一定律(原卷版)
3.2热力学第一定律基础导学要点一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的。
2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W。
4．热力学第一定律的应用：(1)W的正负：外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值．(均选填“正”或“负”)；(2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取正值；系统向外界传递的热量Q取负值．(均选填“正”或“负”)。
要点突破突破一：对热力学第一定律的理解热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳．突破二：对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号W QΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少突破三：几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．【特别提醒】(1)应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据．对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义．典例精析题型一：热力学第一定律的理解和应用例一．空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？变式迁移1：一定质量的气体，从状态A变化到状态B的过程中，内能增加了160 J，下列是关于内能变化的可能原因的说法，其中不可能的是()A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 JB．从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传递了160 J的热量C．从A到B的过程中吸热280 J，并对外界做功120 JD．从A到B的过程中放热280 J，外界对气体做功120 J题型二：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用例二．气体温度计结构如图所示．玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1＝14 cm，后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2＝44 cm.(已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76 cmHg)(1)求恒温槽的温度．(2)此过程A内气体内能________(填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将________(填“吸热”或“放热”)．变式迁移2：带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如V－T图所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q ab和Q ac，则(填入选项前的字母，有填错的不得分)()A．p b＞p c，Q ab＞Q acB．p b＞p c，Q ab＜Q acC．p b＜p c，Q ab＞Q acD．p b＜p c，Q ab＜Q a强化训练一、选择题1．恒温的水池中，有一气泡缓慢上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，不考虑气泡内气体分子势能的变化，下列说法中正确的是（）A．气泡内的气体对外界做功B．气泡内的气体内能增加C．气泡内的气体与外界没有热传递D．气泡内气体分子的平均动能减小2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（）A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能B．电灯发光是电能转化为光能C．核电站发电是电能转化为内能D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能3．下列关于分子运动和热现象的说法正确的是（）A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故B．一定质量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定向外界放热D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大4、被压瘪但尚未破裂的乒乓球放在热水里泡一会儿，就会重新鼓起来，这一过程乒乓球内的气体( )A.吸热，对外做功，内能不变B.吸热，对外做功，内能增加C.温度升高，对外做功，内能不变D.压强增大，单位体积内分子数增大5、(2020·吉林通化期末)对于一定质量的理想气体,下列过程不可能发生的是( )A.气体膨胀对外做功,温度升高,内能增加B.气体吸热,温度降低,内能不变C.气体放热,压强增大,内能增大D.气体放热,温度不变,内能不变6、(2020·河北石家庄月考)对于一定质量的气体,下列说法正确的是( )A.在体积缓慢增大的过程中,气体一定对外界做功B.在压强不断增大的过程中,外界对气体一定做功C.在体积不断被压缩的过程中,内能一定增加D.在与外界没有发生热交换的过程中,内能一定不变7、(2021·河北张家口月考)(多选)如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a。
工程热力学与传热学-§3-2 理想气体的热容、热力学能、焓和熵
s
cV ln
p2 p1
cpln
v2 v1
14
§3-2 理想气体的热容、热力学能、焓和熵
结论： （1）理想气体比熵的变化完全取决于初态和终态，与 过程所经历的路径无关。这就是说，理想气体的比熵 是一个状态参数。
（2）虽然以上各式是根据理想气体可逆过程的热力学 第一定律表达式导出，但适用于计算理想气体在任何 过程中的熵的变化。
cV
qV dT
3
§3-2 理想气体的热容、热力学能、焓和熵
据热力学第一定律，对微元可逆过程：
q du pdv
热力学能 u 是状态参数， u u(T , v)
du
u T
V
dT
u v
T
dv
对定容过程， dv 0 ，由上两式可得：
qV
（3）理想气体的定值摩尔热容
单原子 气体
双原子 气体
多原子 气体
CV ,m
C p,m
3R 2 5R 2
1.67
5R 2 7R 2
1.40
7R 2 9R 2
1.29
10
§3-2 理想气体的热容、热力学能、焓和熵
根据气体分子运动论及能量按自由度均分原则，原子数 目相同的气体，其摩尔热容相同，且与温度无关，称为定值 摩尔热容。
摩尔定容热容
摩尔定压热容
Cp,m – CV,m = R
7
§3-2 理想气体的热容、热力学能、焓和熵
比热容比： cp
cV
，联立式 cp cV Rg
得 cp 1 Rg
cV
1
工程热力学和传热学课后答案解析(前五章)
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。
试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。
试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。
大气压力为760mmHg。
试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3） 圆筒顶面所受的作用力。
图1-2第二章 热力学第一定律一．基本概念功： 热量： 体积功： 节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？ 2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
哈工大工程热力学教案-第3章 热力学第一定律
第3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热力学第一定律的实质: 能量守恒与转换定律在热力学中的应用 收入-支出=系统储能的变化=+sur sys E E 常数对孤立系统：0=∆isol E 或 0=∆+∆sur sys E E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系统的储存能系统的储存能的构成：内部储存能+外部储存能 一．内能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。
U=mu内能=分子动能+分子位能分子动能包括：1．分子的移动动能 2。
分子的转动动能. 3．分子内部原子振动动能和位能 分子位能：克服分子间的作用力所形成u=f (T,V) 或u=f (T,P) u=f (P,V)注意: 内能是状态参数. 特别的: 对理想气体u=f (T) 问题思考: 为什么?外储存能：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：221mc E k =重力位能：mgz E p = 式中 g —重力加速度。
系统总储存能：p k E E U E ++=或mgz mc U E ++=221gz c u e ++=2213．2 系统与外界传递的能量与外界热源,功源,质源之间进行的能量传递 一、热量在温差作用下,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 kcal l kcal=4.1868kJ特点: 热量是传递过程中能量的一种形式，热量与热力过程有关,或与过程的路径有关. 二、功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。
热力学第一定律工程热力学
解:
根据:
QEW
(1)
E U E k Ep (2)
将(2)代入(1),得:
E kQ U EpW (3)
将已知条件代入(3),得:
E k 2 ( 5 1 2 ) 5 ( 2 9 . 8 1) / 0 1 0 0 ( 1 0 0 )0 Ek 85.4kJ
• 例题2－2 如图所示活塞面积A为4cm2，体积为 20cm3的气缸内充满压力为0.1MPa、温度20C的空 气，弹簧刚度系数k为100N/cm，初始时弹簧未变形。 缓慢地对空气加热，求当空气压力增加到表压力为 0.2MPa时共需加入多少热量。
宏观动能：
Ek
1 2
mc2f
重力位能： Ep mgz
系统的储存能
三、系统的总储存能（简称总能）
热力学能 U
宏观动能
Ek
宏观位能
EP
系统的储存能 E
即 EUEkEP
或
EU12mc2f mgz
1kg工质的总能为比总能：
eu12c2f gz
内能 宏观动能 宏观位能 储存能
UUkUp J
Ek
mc2 2
设闭系中工质从外界吸热Q后，从状态1变 化到状态2，同时对外作功W，则：
Q W E 2E 1 E
QEW
此式就是闭口系的能量方程式。
✓对于控制质量闭口系来说，常见的情况在状态变 化过程中，系统的宏观动能与位能的变化为零，或 可以忽略不计，因此更见的闭口系的能量方程是：
QUW
✓若闭口系经过一个微元过程，则能量方程为微分 形式：
部分的面积代表什
2
么？
v
作功： ✓ 借作功来传递能量总是和物体的宏观位移有关。 ✓ 作功过程中往往伴随着能量形态的变化。
工程热力学与传热学概念整理
工程热力学与传热学概念整理工程热力学第一章、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。
热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。
2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。
开口系：热力系与外界有物质交换的系统。
绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。
孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。
4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。
5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。
6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。
广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。
比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。
基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。
7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。
对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。
8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。
换言之，温度是热力平衡的唯一判据。
9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。
它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。
10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。
11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。
12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。
13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。
工程热力学—2 热力学第一定律
2 热力学第一定律2.1 热力学第一定律的内容2.1.1 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象上的应用。
能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一，它指出：自然界中一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态；在能量的转变过程中，一定量的一种形态的能量总是确定地相应于另一种形态的能量，能的总量保持不变。
这一在现代看来非常明显，非常质朴的定律，是人类经过很长时期的生活和生产实践才认识的。
人类对热的本质的认识，从热素说发展到分子动理论，用了几千年。
1840～1851年间，经过迈耶、焦耳等人的努力，才确立了这一定律。
对于任何一个热力系统，热力学第一定律可以表达成：进入系统的能量–离开系统的能量=系统贮存能量的变化（2－1）2.1.2热力学能（内能，internal energy）某一热力系统与外界进行功（W）和热量（Q）的交换时，将引起系统内贮存的全部能量––––总能量E的变化。
系统贮存的总能量包括：系统工质做宏观运动时的动能E K；系统工质在有势场（重力场、电磁场等等）中处于一定位置时具有的势能（位能）E P；和系统工质内部物质运动所具有的能量––––热力学能U。
（国家标准《量和单位》GB3100––93系列中规定物理量“内能”由“热力学能”取代，但相当多的一批学者认为这个规定有问题。
）Internal energy——内能，即内部贮存能，它的大小不需要系统外边的参照物，只由系统工质自身的性质来决定。
而动能和势能大小的确定必须有外部参照物做基准，所以动能和势能又称为外部贮存能。
热力学能是工质内部物质运动所具有的能量，工质内部物质运动形式有热运动、分子间相互作用、原子间作用（化学反应）、核子间作用等等①。
在工程热力学讨论范围内，一般不考虑原子间作用（化学反应）、核子间作用等等，所以关于热力学能我们仅仅考虑热运动和分子间相互作用的部分。
分子的热运动形成内动能。