文档介绍：第二章热力学第一定律
本章的基本要求
深入理解热力学第一定律的实质,熟练掌握热力学第一定律及其表达式。能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析计算工程实际中的有关问题。
掌握能量、储存能、热力学能、迁移能的概念
掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功的概念及计算式。
焓的定义
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(细胞学说、达尔文进化论)。
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。
热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应用,它确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。
在工程热力学的范围内,主要考虑热能与机械能之间的相互转换与守恒,因此热力学第一定律可表述为: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。
根据热力学第一定律,为了获得机械能,则必须花费热能或其他形式能量,第一类永动机是不可能实现的。
2-2 热力学能和总能
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
热力学能是储存在系统内部的能量,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,是下列各种能量的总和:
分子热运动形成的内动能。它是温度的函数。
分子间相互作用形成的内位能。它是比体积和温度的函数。
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。
热力学能是状态参数,是热力状态的单值函数:
热力学能:
符号:U
法定计量单位:焦耳(J)
比热力学能:(1kg物质的热力学能)
符号:u
单位:J/kg
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:
重力位能:
宏观动能:
三、系统的总储存能(简称总能)
系统的总储存能为系统的内部储存能与外部储存能之和,用E表示:
1kg工质的总能为比总能: