文档介绍：第二章热力学第一定律 First law of thermodynamics
2–1 热力学第一定律的实质
2-2 热力学能和总能
2–3 热力学第一定律基本表达式
2–4 稳定流动能量方程式的应用
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2–1 热力学第一定律的实质
一、第一定律的实质
能量守恒与转换定律在热现象中的应用。
能量守恒与转换定律:
自然界中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,而只能从一种形式转变成另一种形式。在转换的过程中,能的总量保持不变。
是十九世纪的三大发现之一,是辩证唯物主义的科学基础之一。
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二、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。
不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。
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2–2 热力学能和总能
一、热力学能(internal energy)
Uch-化学能
Unu-原子核能
Uth
Uk
平移动能
转动动能
振动动能
Up—
在无化学反应及原子核反应的过程中,化学能和原子核能都不变化,可以不考虑,热力学能的变化只是内位能和内动能的变化。
内位能
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热力学能的说明
热力学能是状态量 state property
U : 广延参数[kJ ]
u : 比参数[kJ/kg] -比热力学能
热力学能总以变化量出现,其零点人为定
对于循环:
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二、外部储存能(macroscopic forms of energy)
外部储存能包括宏观动能和重力位能,它们的大小要借助在系统外的参考坐标系测得的参数来表示。
2. 重力位能:Ep ,单位为 J 或 kJ
:Ek ,单位为J或kJ
cf和z是力学参数,处于同一热力状态的物体,选用不同的坐标系可以有不同的值, cf和z是独立于热力系统内部的参数。宏观动能和重力位能是有序能(机械能)。
注意:
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总能
热力学能,内部储存能
外部储存能
宏观动能
重力位能
三、总(储存)能(total stored energy of system)
比总能e还可写成:
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2–3 热力学第一定律基本表达式
对任何系统,各项能量之间的平衡关系可表示为:
加入系统的能量总和-热力系统输出的能量总和= 热力系总储存能的增量
用热力学第一定律分析热力学问题的步骤:
确定所研究的系统,建立坐标系;
分析过程中系统本身的能量变化及与外界交换的能量;
列出平衡方程;(包括能量的、质量的)
求解。
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一、闭口系统的热力学第一定律表达式
Q
W
ΔU
对于微元过程:
取封闭气缸中的工质为研究对象,忽略系统动能和位能的变化,则:
根据能量平衡方程:
热力学第一定律解析式
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注意:
1. 表达式中Q、W、ΔU都是代数值,规定:系统吸热Q为正值,系统对外作功W为正,反之则为负。系统的热力学能增大时, ΔU为正,反之为负。
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4. 对于单位质量工质可逆过程:
5. 动能位能变化不能忽略时:
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