文档介绍：第2章 热力学第一定律 ( The First Law of Thermodynamics )
2017/11/11
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The Story of Heat
Heat was once thought to be a fluid called “caloric”
James Joule proved that heat was a form of energy in the 18th century
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Heat is Energy
Temperature of the water rises if either:
heat is added
work is done
Since work is energy, heat must be energy as well
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§ 热力学第一定律的实质
⑴热力学第一定律
能量不能产生,也不能消灭;不同形式能量之间可以相互转换,但能的总量不变
⑵热力学第一定律的普遍表达方式
进入系统的能量=
离开系统的能量+ 系统能量贮存的增量
热力学第一定律实质上就是能量守恒和转换定律对热现象的应用
对任何系统的任何过程都应有如下能量平衡关系:
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§ 功
“作功”是系统与外界间的一种相互作用——两种不同形式能量传递过程中的一种
功的力学定义: 力在力方向上的位移
功并非只有一种形式,除机械功外尚有电功、磁功、极化功、拉伸-压缩功、表面张力功……等
各种功的计算方式都相同,即广义的力×广义的位移。例如电功率:
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功的热力学定义:
“作功”是系统与外界之间的一种能量传递。当系统对外界的作用可归结为举起重物的单一效果时,就说系统对外界作功
从以上定义中应当理解到:
“作功”是越过系统边界的能量交换
“功量”简称“功”,是作功过程中传递着的那些能量的特称,过程一旦结束就再无所谓功
机械能与机械功,电能与电功等词语相互间虽有一定的关联,不是同一个概念
对系统内部说来无所谓“功”
功是有序能量的传递
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⑴简单可压缩系统可逆过程功的计算
dA
P
Ps
对应地系统需对外界作功
dℓ
初始:P = Ps
Ps发生微小,系统微小膨胀dV
考察系统的微小界面dA
法线方向上移动很小距离dℓ
扫过的体积 dA×dℓ= dV
δW = PsdAdℓ= Ps dV
沿整个界面求和
dV—系统膨胀的体积
简单可压缩物质的可逆过程:仅有容积功存在。
对任意一简单可压缩物质(例如气体)控制质量
dV
dV
得系统在微元膨胀中对外界所作的功
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可逆膨胀过程:
系统内部准静→系统的压力与外界压力相差只是无穷小→可看作P=Ps→微元过程中系统对外界所作的膨胀功可完全用系统内部参数表示:
以上公式适用于任何简单可压缩物质可逆过程
m kg工质:
1 kg工质:
对1kg工质的微元过程
对1→2的有限过程
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⑵过程功和有用功的概念
①过程功
②有用功
技术上有用的,可以输给功源的功
“功源”——一种可以向热力系统作功或从热力系统接受功的外界物体或装置。
例如:一个悬吊着的重物。
按照工质在热力过程中的状态变化应有的热变功(不一定就是系统对外界作的功)
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系统对外界所作的功通常可以区分为有用功和无用功两个部分
有用功:提升重物时所作的机械功,动力装置从转轴上传出的轴功都属于有用功。工质流过装置时的宏观动能和重力位能变化与装置和外界间的轴功交换相当,也算作有用功
⑶功的正负规定
系统对外界作功为正;外界对系统作功为负
无用功:系统膨胀对外界作功时通常包含对环境介质(大气)作挤压功,技术上是无用的。
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