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02--热力学第一定律 SCH 第一篇 工程热力学 本章主要内容 热力学第一定律的实质 系统储存能 闭口系能量方程 状态参数焓 开口系统能量方程及其应用 本章基本要求 1．掌握热力系储存能的概念，掌握状态参数热力学能、焓的定义及物理意义； 2．深刻理解热力学第一定律的实质，并能熟练运用热力学第一定律的数学表达式（即能量方程）对闭口系能量交换进行分析及计算； 3．理解稳定流动的特点及开口系与闭口系在能量分析上的区别，并能熟练运用稳定流动的能量方程式对工程问题进行能量转换的分析和计算； 4．了解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功之间的联系与区别。 2-1 热力学第一定律的实质 19世纪30-40年代，迈尔·焦耳（德国医生）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。 能量转换与守恒定律定律指出：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式转变为另一种形式。而在转换中，能量的总量恒定不变。 至今为止，没有一个人提出一个事实不符合这条自然规律的，相反，在各个领域：天文、地理、生物、化学、电磁光、宏观、微观各领域都遵循?这条规律。热力学是研究能量及其特性的科学，它必然要遵循这条规律。 2-1 热力学第一定律的实质 实质：热力学第一定律是能量转换和守恒定律在热力学上的应用。 意义：确定了热能和机械能之间的相互转换的数量关系，是工程热力学的理论基础之一，是热工分析与计算的理论依据。 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。热力学第一定律又称为当量定律。 当量定律：功和热量的当量关系可表示为： Q＝AW 式中 A——功热当量．表示单位功所相当的热量。 第一类永动机思考? 第一类永动机：不消耗能量而能对外连续作功的机器；实践证明是不可能实现的。 故热力学一定律也可表述为：“第一类永动机是永远也造不成的”。 各种永动机问题长期困扰着科技界与社会。 第二类永动机—从单一热源取热，并将其全部转变机械功的机器（或：热效率等于100%的机器）（有关问题在第四章课中将详细讨论）。 长期以来一直有人在追求、研究各种形式的永动机，无一有所收获。希望同学们树立正确的思想方法，既要有怀疑精神，也不要误入歧途。 下面看几个第一类永动机的几个例子: 永动机设想？ 永动机设想？ 第一类永动机 第一类永动机 永动机设想? 第二类永动机设想？ 永动机设想？ 2-2 系统储存能 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) 1、概念：热力学能是储存在系统内部的各种微观能量的总称，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. 热力学能(内能) 符号：U，法定计量单位：焦耳（J） 比热力学能(比内能)（1kg物质的热力学能） ： 符号：u　，单位：J/kg 增加热力学能的两种方法:做功和传热 一、热力学能(内能) 2、微观组成： 内动能：分子热运动（移动、转动、振动）形成的内动能。它是温度的函数。 内位能：分子间相互作用形成的内位能。它是比体积和温度的函数。 其它能：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。 注意：工程热力学中只存在内动能和内位能。 所以有：u=f(T,v) 一、热力学能（内能） 3、热力学能特性 热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数； 其变化量与过程特性无关，只与初、终状态有关； 对理想气体,热力学能只与工质的温度有关。 物体的内能与机械能的区别 　1．能量的形式不同。物体的内能和物体的机械能分别跟两种不同的运动形式相对应，内能是由于组成物体的大量分子的热运动及分子间的相对位置而使物体具有的能．而机械能是由于整个物体的机械运动及其与它物体间相对位置而使物体具有的能。 2．决定能量的因素不同。内能只与物体的温度和体积有关，而与整个物体的运动速度路物体的相对位置无关．机械能只与物体的运动速度和跟其他物体的相对位置有关，与物体的温度体积无关。 3．一个具有机械能的物体，同时也具有内能；一个具有内能的物体不一定具有机械能。 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： m — 物体质量；c — 运动速度 重力位能： Z — 相对于系统外的参考坐标系的高度 三、系统的总储存能 2-3 闭口系能量方程式 闭口系