工程热力学与传热学3)热力学第一定律.ppt

第三章 热力学第一定律;3.1热力学第一定律的实质;试分析子弹从枪膛中飞出过程中能的转化;3.2总储存能; dE=dU+dEk+dEp （3.2） ΔE=ΔU+ΔEk+ΔEp （3.3） ;Ek=(mcf2)/2 Ep=mgz;3.3热力系统与环境传递的能量;3.3.1 热量 ;3.3.2 功量;（1）膨胀功（容积功）;做膨胀功的必要条件：热力系统容积变化 膨胀过程 Δv＞0，w＞0； 压缩过程 Δv＜0，w＜0； 定容过程 Δv=0，w=0。 工质膨胀过程也不一定有功的输出（有无功的传递和接收机构） ;（2）轴功;（3）随物质流传递的能量;推动功： 工质的状态参数不变 其热力学能不变 做功的能量由别处传来 工质单纯地运输能量 推动功只有在工质移动位置时才起作用 随着工质的移动而转移的能量等于焓 h = u + pv ;3.4热力学第一定律解析式;对于闭口系统：进入和离开系统的能量=热量+做功 对于开口系统：，进入和离开系统的能量=热量+做功+随同物质带进、带出热力系统的能量 不同的热力学第一定律能量方程应用于不同热力系统;热力学第一定律解析式：热力学第一定律应用于闭口系统而得的能量方程式，是最基本的能量方程式 Q = ?U + W ;热力学第一定律解析式的微分形式： δQ＝dU+δW （3.10） 对于1kg工质： q＝Δu+w （3.11） δq＝du+δw （3.12）;热力学第一定律解析式中热量Q、热力学能变量ΔU和功W都是代数值，可正可负。 热力系统吸热时Q为正，热力系统放热时Q为负； 热力系统对外做功时W为正，热力系统接受环境做功时W为负； 热力系统的热力学能增大时ΔU为正，热力系统的热力学能减小时ΔU为负。;气体某一过程中吸收了50J 的热量，同时，热力学能增加84J，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外作功是多少J？;对于可逆过程（δW =pdV）： δQ=dU+pdV δq=du+pdv 对于循环 完成一个循环后，工质恢复到原来状态 （状态参数性质）： ;不消耗能量而能够不断地对外做功的机器(第一类型永动机)是不可能制造出来的。 闭口系统完成一个循环后，它在循环中与环境交换的净热量等于与环境交换的净功量。 Qnet=Wnet qnet=wnet;门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗?;解：以门窗禁闭的房间为系统进行分析，可看成绝热的闭口系统，与外界无热量交换，Q=0。当安置在系统内部的电冰箱运转时，将有电功输入系统，根据热力学规定：W0，由热力学第一定律Q=?U+W可知?U0。即系统的内能增加，也就是房间内空气的内能增加。由于空气可视为理想气体，其内能是温度的单值函数。内能增加温度也增加，可见此种想法不但不能达到降温目的，反而使室内温度有所升高。 ;以电冰箱为系统进行分析，其工作原理如图所示。耗功wnet后连同从冷藏室内取出的冷量q2一同通过散热片排放到室内，使室内温度升高。;既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢? ;若以空调器为系统，耗功wnet连同从室内抽取的热量q2一同排放给环境，因而室内温度将降低。;一辆汽车1小时消耗汽油34.1升，已知汽油发热量为44000kJ/kg ，汽油密度0.75g/cm3。测得该车通过车轮出的功率为64kW，试求1小时内汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。;例题3.1 带有活塞运动气缸，活塞面积为A，初容积为V1的气缸中充满压力为p1，温度为T1的理想气体，与活塞相连的弹簧，其弹性系数为K，初始时处于自然状态。如对气体加热，压力升高到p2。求：气体对外做功量及吸收热量。（设气体比热cv及气体常数Rg为已知）。;[解] 取气缸中气体为热力系统，其环境包括大气、弹簧及热源。 （1）热力系统对外做功量W包括对弹簧做功及克服大气压力p0做功。 设活塞移动距离为Δx，