精品动力热力学第02章第一定律.ppt

第二章 热力学第一定律 §2-2 热力学能和总能 §2-3 能量的传递和转化 §2-4 焓(enthalpy) §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 §2-7 能量方程式的应用 * the first law of thermodynamics §2-1 热力学第一定律的实质 实质：能量传递和形态转化以及总量的守恒。 热力学第一定律是实践经验的总结。(不能从理论上证明) 第一类永动机（不消耗能量而作功）是不可能造出来的。 一、热力学能 （内能）(internal energy) 定义：物体内部的能量。 微观上，内能包括 分子动能（平动、转动、振动） 分子间势能 化学能 核能 本课程不涉及 二、内能是状态参数 一个抽象的闭系（代表各种具体情况）如图，经一个微元过程： 对系统，第一定律能律守恒关系为： 进入系统的能量　—　离开系统的能量 　　　　　　　　　　　　　=　系统内部能量的增量 即 对任何循环： 此结论来自第一定律或经验。 则结论：U是状态参数。 这是因为，在数学上，如果 则，z为点函数。 对点函数 z 有， 与路径无关。 这是状态参数具有的性质。即状态参数只与状态有关， 而与达到该状态的过程无关。 内能的单位是：J(焦耳)；工程中关心的是⊿U。 三、总能量（total stored energy of system） 总=内+动+势 能量传递的两种方式： 作功 热传递 功和热的不同点和相同点： 功和热均为系统和外界通过边界传递的能量，都是过程量； 功的传递改变宏观运动状态；热的传递改变微观的运动状态。 介绍几种功： 1.容积变化功， 是容积变化或边界移动产生的功； 热能转变为机械能，只能通过容积变化（膨胀）功实现。 膨胀是热变功的根本方式。（以后的讲解可以理解） ⊿x 活塞右移，工质进入气缸。实质是外界压力p把工质压入气缸，故推动功为： p，v 推动功作用在质量m上。m被推入系统内，所以推动功随质量m一起进入系统。 推动功的意义：工质m流入系统带入的功(外界对系统作功)； 工质m流出系统带出的功(系统对外界作功)。 2.推动功(flow work; flow energy)： 推动工质移动所作的功；或因工质在开口系统中流动而传递的功。 3. 流动功(flow work; flow energy)： 入口1 出口2 意义：维持开系流动，工质所作的功； 出口和进口推动功之差便是流动功。 4. 技术功： 式中： 维持流动工质所作的功。 可见：技术功 = 膨胀功 - 流动功，它是膨胀功的一部分。 技术功的意义：是开系对外界作的功。 这是因为：工质作功是膨胀功W，它一部份用于维持开 　　系流动Wf,　剩下的部分才是开系作的功。 　　故：开系作的功，不是膨胀功，而是技术功。 定义： 工质由入口1流动到出口2所作的膨胀功； p V 1 2 b a c d 膨胀功：面积12ba1； 技术功：面积12cd1。 进一步分析： 示功图： 定义：H=U+pV　叫焓 h=u+pv　叫比焓 单位：J(焦耳) 焓是状态参数。 因为：内能U和pV推动功都随m流动带走。 流动工质携带的总能： 工质宏观运动决定 焓的物理意义是：随工质移动而转移的能量； 或：流动工质携带的由热力状态决定的能量。 单位：J/kg(焦耳/千克) 进入系统的能量总和 － 离开系统的能量总和 　　　　　　　　　　　　　　　= 系统总储存能的增量 E E+dE 进入： 离开： 内部贮能的增量：dE 带入基本能量方程式并整理得： 基本能量方程式 热变功的基本关系： 　　工质吸热δQ，一部分增加内能dU，另一部分对外作δW。 忽略宏观动能Uk和位能Up， 第一定律定第一表达式 有关焓的关系式： 注意：正负的规定 　　　工质吸热，δQ0；工质放热δQ0 ； 　　　工质对外作功δW0；外界对工质作功δW0。 参考下面式子自己推导。 H=U+pV 第一定律定第二表达式 功的基本表达式 第一定律第一解析式 —— 热 讨论： 1）对于可逆过程 2）对于循环 3）对于一定量的工质，吸热与升温关系，还取决于W的? “+”，“–”和大小。 例?自由膨胀 如图， 解：取气体为热力系? —闭口系？开口系？ 强调：功是通过边界传递的能量。 抽去隔板，求 ? 例题\第二章\A4302661.ppt 例题\第二章\A4303771.ppt 一、一般表达式 进入系统的能量 － 离开系统的能量 　　　　　　　　　　　　　　= 控制容积的储存能增量 CV dτ时间内: 进入系统物质 离开系统