工程热力学课件 2
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1、与宏观流动有关，流动停止，推动功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
Change in
= the total energy of the system
闭口系循环的热一律表达式
Q W
要想得到功，必须花费热能或其它能量 热一律又可表述为“第一类永动机是
不可能制成的” Perpetual –motion machine of the first kind
§2－2 热力学能和总能
化学能 chemical energy
核能 nuclear energy
热力学能/内能：
符号：U 法定计量单位：焦耳（J）
比热力学能：（1kg物质的热力学能）
符号：u 单位：J/kg
热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数：
2
U 1 dU U2 U1 dU 0
二、外部储存能
➢ 需要用在系统外的参考坐标系测量的参数来 表示的能量，称为外部储存能，它包括系统 的宏观动能和重力位能：
宏观动能：Ek
1 2
mc
2 f
重力位能：Ep mgz
机械能
三、系统的总储存能（简称总能）
系统的总储存能为系统的内部储存能与外部
储存能之和，用 E 表示：
E
U
1 2
mc2f
mgz
1kg工质的总能为比总能：
e
u
1 2
c
2 f
gz
内能U 的物理意义
dU = Q - W
Q
W
dU 代表某微元过程中系统通过边界 交换的微热量与微功量两者之差值，也 即系统内部能量的变化。
➢ 分子热运动形成的内动能。它是温度的函数。
➢ 分子间相互作用形成的内位能。它是比体积和 温度的函数。
➢ 维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原 子能及电磁场作用下的电磁能等。
内能的微观组成
内能
分子动能 分子位能
移动 translation 转动 rotation 振动 vibration
binding forces
➢ 根据热力学第一定律，为了获得机械能，则必 须花费热能或其他形式能量，第一类永动机是 不可能实现的。
热一律的文字表达式
热一律: 能量守恒与转换定律
- = 进入系统 离开系统
的能量
的能量
系统内部储存 能量的变化
Total
Total
- energy
entering
energy leaving
the system the system
U 代表储存于系统内部的能量
内储存能（内能/热力学能）
内能 状态参数
对于循环1a2c1
p1
b
a c
20
1a 2
2c1
对于循环1b2c1
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2c1
状态参数 ( Q W ) ( Q W )
1a 2
1b 2
推动功
外部功源
工质在传递推动功时没有热力状态的变化， 没有能量形态的变化，此处工质所起的作 用只是单纯地运输能量，如传送带一般。
注意：推动功只有在工质移动位置时才
起作用。
推动功的表达式
推动功
W推 = p A dl = pV w推= pv
注意： 不是 pdv v 没有变化
A p pV
dl
对推动功的说明
能量传递的两种方式：作功和传热
作功：
Af
Text
p
p外
传热：
dl
作功：宏观位移有关 伴随能量形态的转变 Af
Text
p
p外
传热：不需要宏观位移 无能量形态的转变 接触物体间存在温差发生能量传递
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：
内能的说明
➢ 内能是状态量 state property
➢ 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
§2－3 能量的传递和转化
热量
系
功
统 随物质传递的能量
外界热源 外界功源 外界质源
一、作功和传热
能量传递的两种方式：作功和传热
功量和热量不是系统的状态参数， 而是与过程特征有关的过程量，称为 迁移能。
2. 轴功W: 通过轴系统与外界传递的机械功
热能→机械能由两类过程组成：
热能 工质的热力学能 机械能 单纯的机械过程
Q
二、推动功和流动功
推动功：工质在开口系统中因流动而传递的功。 对开口系统进行功的计算是需要考虑这种功。
1kg工质的推动功等于pv。
p
pv
W pAl pV mpv
w pv
v
Mechanical equivalent of heat 热功当量
1 cal = 4.1868 J
工质经历循环:
Q W
热力学第一定律的实质
实质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用
➢ 工程热力学范围：热能与机械能转换与守恒 热力学第一定律表述：热可以变为功，功也可 以变为热，在相互转变时能的总量是不变的。
第二章
热力学第一定律
The First Law of Thermodynamics
本章重点
熟练应用 热力学第一定律 解决具体问题
作业
2－5 2－6 2－8
§2－1 热力学第一定律的实质
19世纪30-40年代，迈尔、焦耳发现并确 定了能量转换与守恒定律。恩格斯将这列为 19世纪三大发现之一（细胞学说、达尔文 进化论）。
能量转换与守恒定律：
一切物质都具有能量。能量既不可能创造， 也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种 形态转变为另一种形态，且在能量的转化过 程中能量的总量保持不变。
焦耳实验
1、重物下降，输 入功，绝热容 器内气体 T
2、绝热去掉，气 体 T ，放出 热给水，T 恢复 原温。
焦耳实验
水温升高可测得热量， 重物下降可测得功
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
➢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 N·m
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
➢ 能量是物质运动的度量，运动有各种 不同的形态，相应的就有各种不同的 能量。
➢ 系统储存的能量称为储存能，它有内 部储存能与外部储存能之分。系统的 内部储存能即为热力学能。
一、热力学能（＝内能）
热力学能是储存在系统内部的能量，它 与系统内工质的内部粒子的微观运动和粒子 的空间位置有关，是下列各种能量的总和：
Change in
= the total energy of the system
闭口系循环的热一律表达式
Q W
要想得到功，必须花费热能或其它能量 热一律又可表述为“第一类永动机是
不可能制成的” Perpetual –motion machine of the first kind
§2－2 热力学能和总能
化学能 chemical energy
核能 nuclear energy
热力学能/内能：
符号：U 法定计量单位：焦耳（J）
比热力学能：（1kg物质的热力学能）
符号：u 单位：J/kg
热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数：
2
U 1 dU U2 U1 dU 0
二、外部储存能
➢ 需要用在系统外的参考坐标系测量的参数来 表示的能量，称为外部储存能，它包括系统 的宏观动能和重力位能：
宏观动能：Ek
1 2
mc
2 f
重力位能：Ep mgz
机械能
三、系统的总储存能（简称总能）
系统的总储存能为系统的内部储存能与外部
储存能之和，用 E 表示：
E
U
1 2
mc2f
mgz
1kg工质的总能为比总能：
e
u
1 2
c
2 f
gz
内能U 的物理意义
dU = Q - W
Q
W
dU 代表某微元过程中系统通过边界 交换的微热量与微功量两者之差值，也 即系统内部能量的变化。
➢ 分子热运动形成的内动能。它是温度的函数。
➢ 分子间相互作用形成的内位能。它是比体积和 温度的函数。
➢ 维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原 子能及电磁场作用下的电磁能等。
内能的微观组成
内能
分子动能 分子位能
移动 translation 转动 rotation 振动 vibration
binding forces
➢ 根据热力学第一定律，为了获得机械能，则必 须花费热能或其他形式能量，第一类永动机是 不可能实现的。
热一律的文字表达式
热一律: 能量守恒与转换定律
- = 进入系统 离开系统
的能量
的能量
系统内部储存 能量的变化
Total
Total
- energy
entering
energy leaving
the system the system
U 代表储存于系统内部的能量
内储存能（内能/热力学能）
内能 状态参数
对于循环1a2c1
p1
b
a c
20
1a 2
2c1
对于循环1b2c1
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2c1
状态参数 ( Q W ) ( Q W )
1a 2
1b 2
推动功
外部功源
工质在传递推动功时没有热力状态的变化， 没有能量形态的变化，此处工质所起的作 用只是单纯地运输能量，如传送带一般。
注意：推动功只有在工质移动位置时才
起作用。
推动功的表达式
推动功
W推 = p A dl = pV w推= pv
注意： 不是 pdv v 没有变化
A p pV
dl
对推动功的说明
能量传递的两种方式：作功和传热
作功：
Af
Text
p
p外
传热：
dl
作功：宏观位移有关 伴随能量形态的转变 Af
Text
p
p外
传热：不需要宏观位移 无能量形态的转变 接触物体间存在温差发生能量传递
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：
内能的说明
➢ 内能是状态量 state property
➢ 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
§2－3 能量的传递和转化
热量
系
功
统 随物质传递的能量
外界热源 外界功源 外界质源
一、作功和传热
能量传递的两种方式：作功和传热
功量和热量不是系统的状态参数， 而是与过程特征有关的过程量，称为 迁移能。
2. 轴功W: 通过轴系统与外界传递的机械功
热能→机械能由两类过程组成：
热能 工质的热力学能 机械能 单纯的机械过程
Q
二、推动功和流动功
推动功：工质在开口系统中因流动而传递的功。 对开口系统进行功的计算是需要考虑这种功。
1kg工质的推动功等于pv。
p
pv
W pAl pV mpv
w pv
v
Mechanical equivalent of heat 热功当量
1 cal = 4.1868 J
工质经历循环:
Q W
热力学第一定律的实质
实质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用
➢ 工程热力学范围：热能与机械能转换与守恒 热力学第一定律表述：热可以变为功，功也可 以变为热，在相互转变时能的总量是不变的。
第二章
热力学第一定律
The First Law of Thermodynamics
本章重点
熟练应用 热力学第一定律 解决具体问题
作业
2－5 2－6 2－8
§2－1 热力学第一定律的实质
19世纪30-40年代，迈尔、焦耳发现并确 定了能量转换与守恒定律。恩格斯将这列为 19世纪三大发现之一（细胞学说、达尔文 进化论）。
能量转换与守恒定律：
一切物质都具有能量。能量既不可能创造， 也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种 形态转变为另一种形态，且在能量的转化过 程中能量的总量保持不变。
焦耳实验
1、重物下降，输 入功，绝热容 器内气体 T
2、绝热去掉，气 体 T ，放出 热给水，T 恢复 原温。
焦耳实验
水温升高可测得热量， 重物下降可测得功
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
➢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 N·m
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
➢ 能量是物质运动的度量，运动有各种 不同的形态，相应的就有各种不同的 能量。
➢ 系统储存的能量称为储存能，它有内 部储存能与外部储存能之分。系统的 内部储存能即为热力学能。
一、热力学能（＝内能）
热力学能是储存在系统内部的能量，它 与系统内工质的内部粒子的微观运动和粒子 的空间位置有关，是下列各种能量的总和：