文档介绍：第二章热力学第一定律
§2—1 热力学第一定律当量原理
一、热力学第一定律
能量守恒与转换定律:一切物质都具有能量,能量有各种不同形式,既不能消灭,也不能创造,但能够从一种形式转化为另一种形式,在转化过程中,能量的总和保持不变,热力学第一定律在热力学中的应用就是能量守恒与转换定律。
能量守恒与转换定律说明不可能制造一种不断做功而又不供给能量的机器——这种假想的机器叫第一类永动机。因为功必须由能量转换而来,不能无中生有地创造能量,而使永动机不断地自动做功。
图1-2-1所示,设体系与外界没有热量的交换,那么重物下降表明外界通过叶轮对体系所做的功,扰拌作用使体系内的气体温度升高,然后让叶轮停止转动,外界没有对体系做功,让热力学体系对外放出热量,温度降低,最后又恢复至原来的温度。
二、热功当量
上述热力学体系,经过变化,起始状态和终了状态完全一样,并未发生任何变化,根据热力学第一定律,可知外界对体系所做的功必定与体系向外界散失热量,从能量上来说,应该是相等的。但在工程上,功和热量采取的单位不同,所以说热和功是当量的。若以w表示重物下降时所做的功,Q表示体系向外散失的热量,那么上述当量关系就写成
Q = AW
在SI制中,功率的单位为瓦特,简称瓦,以符号W表示。每秒钟完成1焦耳的功,叫做1瓦,那么每秒钟完成1千焦耳的功,就叫做1千瓦,以符号KW表示。因此功的单位除用牛顿米或焦耳表示外,还可用千瓦小时(KW·h)表示。1KW·h=1000×3600=36×10J
=3600KJ
在工程制中,热量的单位是千卡(Kcal),它是1kg纯水在Iatm下,°°C所需的热量,而单位是千克米(kg·m),所以公式中的换算系数A是l千克米功的热当量,简称A为功热当量,根据大量的精确实验测出

A的倒数,即1/A=427kg·m/kcal,叫做热功当量。
在工程制中,功率的单位是马力,以符号hp表示。每秒钟完成75kg·m的功,叫做1马力,因此功的单位除用千克米表示外,还用马力小时表示所以

关于SI制与工程制之间的能量换算关系可以根据前述得到。
二、热力循环
假若热力学体系由起始状态经过一系列中间状态,最后又回到了起始状态,这样所形成的一个闭合过程,叫做热力循环,或简称循环。
在热力循环的每一微小过程中,体系与外界可以有功的交换,也可以有热量的交换,若体系与外界交换的功为dw,交换的热量为dQ,那么在整个热力循环中,体系与外界交换的净功w。应是每一微小过程中功的dw的代数和,即
体系与外界交换的净热量也应该是每一微小过程中热量dQ的代数和。即

由于体系完成了一个循环,体系的状态没有发生变化,所以根据热力学第一第定律,体系与外界的换热量和体系与外界交换的净热量应该相等,即
例喷气发动机空气与燃油的质量比为125:1,若燃油消耗量为12 ,燃油的发热量为41800 ,燃气从尾喷管喷出的速度为450 ,试求:(1)流出气体的当量功率为多少千瓦?(2)燃油的热能转变为气体动能的百分比
解因为燃油消耗量为
所以空气的消耗量为