《工程热力学与传热学热力学第一定律实质》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学与传热学热力学第一定律实质（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 热力学第一定律内容要求:l深刻理解热力学第一定律的实质l掌握热力学能（内能），储存能的含义l掌握热力学第一定律在闭口系统，稳定流动 、开口系统中能量方程式的形式l掌握体积变化功，轴功，推动功，流动功， 技术功的含义及相互关系l掌握焓的含义12-1 热力学第一定律的实质、内能一、热力学第一定律的实质 （一）能量守恒定律能量无处不在，能量转化无时不有 。那么： 常见的能量有那些形式呢？常见的能量有那些形式呢？ 能量的转化是如何实现的？能量的转化是如何实现的？ 能量转化遵循什么规律呢？能量转化遵循什么规律呢？2能量形式能量形式实实 例例机械能机械能流动的河水、被拉开的弓、声音等电能电能电器设
2、备所消耗的的能量都是电能热能热能热源厂、厨房、火电厂等化学能化学能巧克力、燃料等都储存有化学能1. 1.各种各样的能量各种各样的能量31.汽艇在海上行驶化学能转化为机械能2.用电照明电能转化为光能（电磁能）3.篝火燃烧化学能转化为热能4.原子弹爆炸核能转化为机械能2. 2.能量之间的转化能量之间的转化43. 3.能量转化与守恒定律能量转化与守恒定律能量转化与守恒定律能量转化与守恒定律自然界一切物质都具有能量。能量既不可能被创造，也不可能被消灭，但能够从一种形式转化转化为另一种形式，或者 从一个（一些）物体转移转移到另一个（一些）物体，在转化或 传递的过程中能量的总和始终保持不变。【注意注意】
3、1. 1.分析物理过程、求解实际问题时，对减少的某种能量，要 追踪它的去向；对增加的能量，要能查寻它的来源。可以 按照“总的减少量总的减少量= =总的增加量总的增加量”列出数学方程。 2. 2.能源利用实际就是不同形式能量之间的转换，把不便于人 们利用的能量形式转变成便于利用的形式。5（二）热力学第一定律热力学第一定律实质就是热力学第一定律实质就是能量守恒和转能量守恒和转 换定律在热现象上的应用换定律在热现象上的应用。 表述表述1 1：热可以变为功，功也可以变为热；一：热可以变为功，功也可以变为热；一 定量的热消灭，必产生一定量的功；消耗一定量的热消灭，必产生一定量的功；消耗一 定量的功时，必
4、出现与之相应数量的热。定量的功时，必出现与之相应数量的热。6First Law of Thermodynamics7表述表述2 2：第一类永动机是造不成的：第一类永动机是造不成的8热一定律在热力循环中的应用l热力循环中工质接受的净热量应该等于 工质对外界所做的净功：l对于1kg工质而言9例2-1l一台柴油发动机，功率7.35kW，燃油消 耗率为272.1g/(kW.h)，试求它的废气每 小时所排出的热量。l（柴油的发热量为43961.4kJ/kg）10从这个例题我们可以学到什么？l功率l燃油消耗量（率）l发热量l单位统一l采用国际单位，注意不同单位制的换算11二、内能（internal ene
5、rgy）l定义：工质内部所具有的各种微观能量工质内部所具有的各种微观能量l l实质：实质：组成物质的微观粒子所具有的能 量l l符号：符号：U U，单位：，单位：J J 或或kJkJ12主要包括：（1）内动能：物质内部的分子，原子等微观粒子不停地作热 运动的热运动动能。 是温度的函数。（2）内位能：由于分子间相互作用力的存在所具有的位能， 与气体的比体积有关。13不考虑内动能+内位能+化学能+原子核能+电磁能内动能+内位能内能（3）化学能，原子核能，电磁能。1415比内能比内能：单位质量工质的能单位质量工质的能 。符号符号：u u；单位：单位： J/kgJ/kg 或或kJ/kgkJ/kg。内能
6、是温度和比体积的函数，即取决于工质所 处的状态，是状态参数。16热力学能的大小是相对的。气体工质的比内能可表示为气体工质的比内能可表示为任何状态下系统内能的数值不可能为零。任何状态下系统内能的数值不可能为零。 由于在工程内中只计算工质在状态变化中的内由于在工程内中只计算工质在状态变化中的内 能的变化量，因此内能的零点可以人为地规定能的变化量，因此内能的零点可以人为地规定 ，例如，通常取，例如，通常取0K0K时气体的内能为零。时气体的内能为零。17三、热力系统的储存能热力系统的储存能： 储存于热力系统的能量。（1）内部储存能热力学能（2）外部储存能宏观动能，宏观位能。182. 宏观位能：Ep ，
7、单位为 J 或 kJ 3. 3. 储存能储存能：E E ，单位为单位为 J J 或或 kJkJ 比储存能比储存能：e e ，单位为单位为 J/kgJ/kg 或或 kJkJ /kg /kg1. 1. 宏观动能宏观动能 ：E Ek k，单位为单位为J J或或kJkJ 192-2 热力学第一定律的数学表达式l能量平衡方程式l讨论闭口系统、稳定流动、开口系统三 种系统的能量方程20一、 闭口系统的能量方程（energy equation）热力系统：取封闭在汽缸活塞系统中的工质假设： 气缸内有1kg工质 从外界吸热 q 工质由平衡态1变化到平衡态2， 对外作功 w， 忽略工质宏观动能，位能的变化21推导
8、l q w = u= u2 - u1 或 q = w + ul对于m工质，可写为：Q = U+ W l对于微元过程，可写为：以上三式都可以称为闭口系统热力学第一 定律解析式22 意义：工质吸收的热量a: 一部分用于改变工质的内能b: 另一部分以机械能的形式传递给外界 。 适用条件：a: 可逆过程，不可逆过程b: 理想气体，实际气体c: 工质初，终态为平衡状态23膨胀功的概念l在状态变化过程中，由热转化为机械功 的部分始终是q-u。l闭口系统工质所做的机械功也称为容积 变化功或膨胀功24注意l能量方程中的热量、功量、内能的变化 量都是代数值，根据热工转化的实际情 况，可为正值、零、负值。l工程上统一规定：吸热为正、作膨胀功为正、内能增加为正放热为负、作压缩功为负、内能减少为负25对于单位质量工质对于单位质量工质, , 对于单位质量工质的可逆过程对于单位质量工质的可逆过程 , , 26例2-227第二章课后作业l思考题1，练习题1l作业上交要求：同第一章作业，于下周 二上午（交到课代表杨立新处）28
