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第二章
热力学第一定律
HeatisEnergy
Temperatureofthewaterrisesifeither:
heatisadded
workisdone
Sinceworkisenergy,heatmustbeenergyaswell
实质:能量守恒及转换定律在热现象中的应用
18世纪初,工业革命,热效率只有1%
1842年,J.R.Mayer阐述热力学第一定律,但没有引起重视
1840-1849年,Joule用多种实验的一致性
证明热力学第一定律,于1850年发表并得到公认
§2-1热力学第一定律的实质
热力学第一定律的普遍表达式
进入系统的能量-离开系统的能量
=系统中储存能量的增加
适用于任何过程任何热力系
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。
闭口系循环的热力学第一定律表达式
要想得到功,必须花费热能或其它能量
热力学第一定律又可表述为“第一类永动机是不可能制成的”
内动能(分子平移,旋转,振动)
内位能(分子间作用力)
化学能(维持一定的分子结构)
原子能(原子核内部)
§2-2热力学能和总能
热力学能的组成:
如果无化学反应,无核反应,
热力学能=内动能+内位能
物质内部拥有的能量称为热力学能,即由系统热力状态确定的系统本身的能量。
热力学能的导出(I)
任一闭口热力系统的循环
热力学能的导出(II)
对于循环1a2c1
对于循环1b2c1
状态参数(dU)
p
V
1
2
a
b
c
热力学能U的物理意义
dU=Q-W
W
Q
dU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)
热力学能及闭口系热力学第一定律表达式
定义dU=Q-W
热力学能U——状态函数
Q=dU+W
Q=U+W
闭口系热力学第一定律表达式
!!!两种特例
Q=dU
绝热系
绝功系
W=-dU
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
热力学能是状态参数
U:广延参数[kJ]u:比参数[kJ/kg]
热力学能总以相对量出现,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
机械能
系统总能
E=U+Ek+Ep
e=u+ek+ep
宏观位能Ep=mgz
用比参数表示
的系统总能
§2-3能量的传递和转化
一、能量传递的两种方式
■作功
伴随着能量形态的变化
物体的宏观位移
特点
Theworkdependsontheprocesspath
作功的说明
“作功”是系统与外界间的一种相互作用,是越过系统边界的能量交换。
功是指作功过程中在传递着的能量的总称,过程一旦结束就再无所谓功。
机械能与机械功、电能与电功等同吗?
系统可以拥有电能,机械能,但决不会拥有电功、机械功之类的功。功只不过是特定条件下在过程中传递着的能量。
系统是否作功应以过程在外界所引起的效果来判断,而不应从系统的内部去寻找依据,对系统的内部来说无所谓“功”。
功是有序能量传递。
系统与外界之间的另一种相互作用,是系统与外界之间依靠温差进行的一种能量传递现象,所传递的能量称为热量。
传热
热量符号规定:
系统从外界吸热为正;向外界放热为负
热能和热量不是同一个概念
温差虽然是传热过程的推动势差,但是系统温度的变化与传热并无必然的联系。
温度变化说明系统的状态有了变化但不能由此判断出系统是否曾经吸热或放热
热能是微观粒子无序紊乱运动的能量
热量符号规定:系统从外界吸热为正;向外界放热为负
not
传热
FlowWork
Ittakesworktopushafluidintoasystem
Ittakesworktopushafluidoutofasystem
F=PA
Wflow=FL
=PAL
=PV
推动功的表达式
推进功、推出功
A
dl
W推进=PinAindl=PinVin
w推进=pinvin
注意:
不是pdv
v没有变化
pin
同理
W推出=
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