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第二章 热力学第一定律 2-1热力学第一定律的实质 2-2热力学能和总能 2-3能量的传递和转化 2-4焓 2-5热力学第一定律的基本能量方程式 2-6开口系统能量方程式 2-7能量方程式的应用 本章重点 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 焓 闭口系能量方程 闭口系能量方程的通式 准静态和可逆闭口系能量方程 准静态和可逆闭口系能量方程 § 2-6 开口系统能量方程式 推进功的引入 * * 第一节 热力学第一定律的实质 热力学第一定律 能量守恒和转换定律在工程热力学中的应用。 能量守恒和转换定律—能量是可以相互转换的，且转换前后的总量保持不变。 热力学第一定律—热能与机械能是可以相互转换的，且转换前后的总量保持不变。 不消耗能量而能对外连续作功的第一类永动机是不可能实现的。 系统经历一个热力循环后，它所接受的净热量转换为对外所作的净功。即： Chapter 2 The first Law of Thermodynamics * 一.第一定律的实质：能量守恒与转换定律在热现象中的应用。? 二.第一定律的表述：?热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。? 或：热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。 2—2 热力学能和总能 一、热力学能 由内动能、内位能及维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能，以及电磁场作用下的电磁能等一起构成所谓的热力学能。单位是焦耳 热力学能是热力状态的单值函数。比热力学能 u=f(T，v) ,；u=f(T，p) ；u=f(p，v) 二、总能 热力学能，内部储存能 外部储存能 宏观动能 宏观位能 总能 2—3 能量的传递和转化 一、作功和传热 能量的传递方式：一是作功，二是传热。 热力学能变机械能的过程 一是能量转换的热力学过程，开始由热能传递转变为工质的热力学能，然后由工质膨胀把热力学能变为机械能，转换过程中工质的热力学能发生变化，能量的形式也发生变化。 二是单纯的机械过程，由热能转换而得到的机械能再变成活塞和飞轮的动能。若考虑工质本身的速度和离地面的高度的变化，则还变成工质的动能和位能，其余部分通过机器轴对外输出。 二、推动功和流动功 1、推动功：指工质在开口系统中流动而传递的功。在作推动功时工质的状态没有改变，它的热力学能也未改变。 推动功在p-v图上： 2、流动功： 系统维持流动?所花费的代价。 * 2—4 焓(enthalpy) 定义：H=U+pV h=u+pv? 单位：J（kJ） J/kg（kJ/kg）? 焓是状态参数? 物理意义：? 引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。 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. 思考：特别的对理想气体 h= f (T) 2 对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数 第一定律表示式 进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能两的增量 闭口系能量方程 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 +…... ?q = du + ?w 若在地球上研究飞行器 ?q = de + ?w = du + dek + dep + ?w 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 + pdv q = ? u + ? pdv 热一律解析式之一 Tds = du + pdv ? Tds = ? u + ? pdv 热力学恒等式 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 + pdv q = ? u + ? pdv 热一律解析式之一 Tds = du + pdv ? Tds = ? u + ? pdv 热力学恒等式 ?Wnet ?Q ?min ?mout uin uout gzin gzout 进入系统的能量 - 离开