工程热力学 第二章 热力学第一定律

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1、第二章热力学第一定律§2-1热力学第一定律的本质1909年，C.Caratheodory最后完善热一律本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用18世纪初，工业革命，热效率只有1%1842年，J.R.Mayer阐述热一律，但没有引起重视1840-1849年，Joule用多种实验的一致性证明热一律，于1850年发表并得到公认焦耳实验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，重物下降可测得功热功当量1cal=4.1868kJ工质经历循环:闭

2、口系循环的热一律表达式要想得到功，必须化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”§2-2热一律的推论热力学能热力学能的导出闭口系循环热力学能的导出对于循环1a2c1对于循环1b2c1状态参数pV12abc热力学能及闭口系热一律表达式定义dU=Q-W热力学能U状态函数Q=dU+WQ=U+W闭口系热一律表达式！！！两种特例绝功系Q=dU绝热系W=-dU热力学能U的物理意义dU=Q-WWQdU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。U

3、代表储存于系统内部的能量内储存能（内能、热力学能）热力学能的性质分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用）核能化学能热力学能热力学能是状态量U:广延参数[kJ]u:比参数[kJ/kg]热力学能总以变化量出现，热力学能零点人为定说明：系统总能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+Epe=u+ek+ep一般与系统同坐标，常用U,dU,u,du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的能量-离开系统的能量=系统储存能量的变化§2-3闭口系能量方程W

4、Q一般式Q=dU+WQ=U+Wq=du+wq=u+w单位工质适用条件：1）任何工质2)任何过程闭口系能量方程中的功功（w）是广义功闭口系与外界交换的功量q=du+w准静态容积变化功pdv拉伸功w拉伸=-dl表面张力功w表面张力=-dAw=pdv-dl-dA+…...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简单可压缩系可逆过程q=Tdsq=du+pdvq=u+pdv热一律解析式之一Tds=du+pdvTds=u+pdv热力学恒等式门窗紧闭房间用电冰箱制

5、冷以房间为系统绝热闭口系闭口系能量方程T电冰箱门窗紧闭房间用空调降温以房间为系统闭口系闭口系能量方程T空调Q1、对某种理想气体加热100KJ，使其由状态1沿途径A可逆变化到状态2，同时对外做功60KJ。若外界对该气体做功40KJ，迫使它沿途径B可逆返回状态1。问返回过程中该气体是吸热还是放热？热量是多少？计算题第二章讨论课第二章讨论课2、一个装有2kg工质的闭口系经历了如下过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统做功100KJ，比热力学能减小15KJ/kg，并且整个系统被举高1000m。试确定过程中系统动能的变化。由

6、热力学第一定律可知:第二章讨论课3、如图所示,一定量气体在汽缸内体积由0.9m3，可逆地膨胀到1.4m3，过程中气体压力保持定值，且p＝0.2MPa。若在此过程中气体的热力学能增加了12000J，求：(1)此过程中气体吸入或放出的热量。(2)若活塞质量为20kg，且初速度为零，求终态时活塞的速度。（大气压力p0=0.1MPa）p如果是表压力为0.2MPa，怎么办呢？§2-4开口系能量方程推导WnetQminmoutuinuoutgzingzout能量守恒原则进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的变化推

7、动功的引入WnetQminmoutuinuoutgzingzoutQ+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcv这个结果与实验不符少了推动功推动功的表达式推动功（流动功、推挤功）pApVdlW推=pAdl=pdVw推=pv注意：不是pdvv没有变化对推动功的说明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，而由外界做出，流动工质所

8、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WnetQ(pv)inmoutuinuoutgzingzoutQ+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcvmin(pv)out开口系能量方程微