热力学第二章第一定律学习教案.pptx
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1、会计学1热力学第二章第一热力学第二章第一(dy)定律定律第一页,共86页。2-1 热力学第一热力学第一(dy)定律的定律的本质本质 1909年,年,C.Caratheodory最后最后完善完善(wnshn)热一律热一律本质:能量转换本质:能量转换(zhunhun)及守恒定律在热过及守恒定律在热过程中的应用程中的应用 18世纪初,工业革命,热效率只有1%1842年,J.R.Mayer阐述热一律,但没有 引起重视 1840-1849年,Joule用多种实验的一致性 证明热一律,于1850年发表并得到公认第1页/共86页第二页,共86页。焦耳实验焦耳实验1、重物(zhn w)下降,输 入功,绝热容
2、器内气体 T 2、绝热去掉,气 体 T,放出(fn ch)热给水,T 恢复 原温。第3页/共86页第四页,共86页。焦耳实验焦耳实验水温升高可测得热量(rling),重物下降可测得功热功当量(r n dn lin)1 cal=4.1868 kJ工质经历(jngl)循环:Mechanical equivalent of heat第4页/共86页第五页,共86页。闭口系循环闭口系循环(xnhun)的热一的热一律表达式律表达式要想得到功,必须花费热能(rnng)或其它能量热一律(yl)又可表述为“第一类永动机是 不可能制成的”Perpetual motion machine of the first
3、 kind第5页/共86页第六页,共86页。QPerpetual motion machine of the first kind锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器WnetQout电加热器第6页/共86页第七页,共86页。2-2 2-2 热一律的推论热一律的推论(tuln)(tuln)内能内能内能(ni nn)的导出闭口(b ku)系循环Internal energy第7页/共86页第八页,共86页。内能内能(ni nn)的导出的导出对于(duy)循环1a2c1对于(duy)循环1b2c1状态参数pV12abc第8页/共86页第九页,共86页。内能及闭口内能及闭口(b ku)系热一律系热一律表达式表
4、达式定义 dU=Q-W 内能(ni nn)U 状态函数 Q=dU+WQ=U+W闭口(b ku)系热一律表达式!两种特例两种特例 绝功系绝功系 Q=dU 绝热系绝热系 W=-dU第9页/共86页第十页,共86页。内能内能(ni nn)U(ni nn)U 的物理的物理意义意义dU=Q-W W Q dU 代表某微元过程中系统通过边界交换代表某微元过程中系统通过边界交换的微热量的微热量(rling)与微功量两者之差值,也即与微功量两者之差值,也即系统内部能量的变化。系统内部能量的变化。U 代表储存于系统内部的能量代表储存于系统内部的能量(nngling)内储存能(内能、热力学能)内储存能(内能、热力学
5、能)第10页/共86页第十一页,共86页。内能内能(ni nn)(ni nn)的组成的组成分子分子(fnz)动能动能分子分子(fnz)位能位能 binding forces化学能化学能 chemical energy核能核能 nuclear energy内能内能(ni nn)microscopic forms of energy移动 translation转动 rotation振动 vibration第11页/共86页第十二页,共86页。系统系统(xtng)总能总能 total energy外部外部(wib)储存能储存能macroscopic forms of energy宏观宏观(hnggu
6、n)动能动能 kinetic Ek=mc2/2宏观宏观(hnggun)位能位能 potential Ep=mgz机械能机械能系统总能E=U+Ek+Epe=u+ek+ep一般与系统同坐标,常用U,dU,u,du第12页/共86页第十三页,共86页。内能内能(ni nn)(ni nn)的说明的说明 内能(ni nn)是状态量 state property U:广延(un yn)参数 kJ u :比参数 kJ/kg 内能总以变化量出现,内能零点人为定第13页/共86页第十四页,共86页。热一律热一律(yl)的文字表达式的文字表达式热一律热一律(yl):能量守恒与转能量守恒与转换定律换定律=进入系统的
7、能量离开系统的能量系统内部储存能量的变化-Total energy entering the systemTotal energy leaving the systemChange in the total energy of the system=-第14页/共86页第十五页,共86页。能量能量能量能量(nngling)(nngling)的传递和转化的传递和转化的传递和转化的传递和转化一、能量一、能量(nngling)传递传递的两种方式的两种方式 作功作功第15页/共86页第十六页,共86页。作功的说明作功的说明(shumng)q“作功作功”是系统与外界间的一种相互作用,是越过系统是系统与外
8、界间的一种相互作用,是越过系统边界的能量交换。边界的能量交换。q 功是指作功过程中在传递着的能量的总称功是指作功过程中在传递着的能量的总称(zn(zn chn)chn),过程一旦结束就再无所谓功。,过程一旦结束就再无所谓功。q 机械能与机械功、电能与电功等同吗?机械能与机械功、电能与电功等同吗?q 系统是否作功应以过程在外界所引起的效果来判断,系统是否作功应以过程在外界所引起的效果来判断,而不应从系统的内部去寻找依据,对系统的内部来说无所而不应从系统的内部去寻找依据,对系统的内部来说无所谓谓“功功”。q 功是有序能量传递。功是有序能量传递。第16页/共86页第十七页,共86页。q过程功:按照系
9、统在热力过程中的状态变化而应过程功:按照系统在热力过程中的状态变化而应该作出的功。该作出的功。q系统的过程功中通常可以区分为有用功和无用功系统的过程功中通常可以区分为有用功和无用功的两个部分。的两个部分。q对大气所作的任何功是无用的,克服摩擦所作的对大气所作的任何功是无用的,克服摩擦所作的功都转变为热量功都转变为热量(rling)(rling),因而也是无用的。,因而也是无用的。q像设备从转轴上传出的轴功,提升重物所作的机像设备从转轴上传出的轴功,提升重物所作的机械功,以及工质本身的宏观动能和重力位能的增加械功,以及工质本身的宏观动能和重力位能的增加(可以利用相关机械设备进一步使之转变为轴功等
10、(可以利用相关机械设备进一步使之转变为轴功等机械功)都属于系统所作的有用功。机械功)都属于系统所作的有用功。q有用功:技术上有用的,可以输给功源的功。有用功:技术上有用的,可以输给功源的功。q功源:一种可以向热力系作功或从热力系统接受功源:一种可以向热力系作功或从热力系统接受功的外界物体或装置。功的外界物体或装置。第17页/共86页第十八页,共86页。传热传热(chun(chun r)r)系统与外界之间的另一种相互作用,是系统与外界之间的另一种相互作用,是系统与外界之间依靠温差进行的一种能量传系统与外界之间依靠温差进行的一种能量传递现象递现象(xinxing),所传递的能量称为热量。,所传递的
11、能量称为热量。热能和热量不是同一个概念热能和热量不是同一个概念温差虽然是传热温差虽然是传热(chun r)过程的推动势差,但是系统温度的过程的推动势差,但是系统温度的变化与传热变化与传热(chun r)并无必然的联系。并无必然的联系。热能是微观粒子无序紊乱运动的能量热能是微观粒子无序紊乱运动的能量热量符号规定:系统从外界吸热为正;向外界放热为负热量符号规定:系统从外界吸热为正;向外界放热为负第18页/共86页第十九页,共86页。2-3 闭口闭口(b ku)系能量方程系能量方程 W Q一般一般(ybn)式式 Q=dU+W Q=U+W q=du+w q=u+w单位单位(dnwi)工质工质适用条件:
12、1)任何工质 2)任何过程Energy balance for closed systemPoint function-Exact differentials-dPath function-Inexact differentials-第19页/共86页第二十页,共86页。闭口闭口(b ku)系能量方程中系能量方程中的功的功功功(w)是广义功是广义功 闭口系与外界闭口系与外界(wiji)交换交换的功量的功量q=du+w准静态容积变化功准静态容积变化功 pdv拉伸拉伸(l shn)功功 w拉拉伸伸(l shn)=-dl表面张力功表面张力功 w表面张力表面张力=-dA w=pdv-dl-dA+.第2
13、0页/共86页第二十一页,共86页。闭口闭口(b ku)系能量方程的通系能量方程的通式式q=du+w若在地球(dqi)上研究飞行器 q=de+w=du+dek+dep+w 工程(gngchng)热力学用此式较少第21页/共86页第二十二页,共86页。准静态准静态(jngti)和可逆闭口系和可逆闭口系能量方程能量方程简单简单(jindn)可压缩系准静态过程可压缩系准静态过程 w=pdv简单简单(jindn)可压缩系可逆可压缩系可逆过程过程 q=Tdsq=du+pdv q=u+pdv热一律解析式之一Tds=du+pdv Tds=u+pdv热力学恒等式第22页/共86页第二十三页,共86页。门窗紧闭
14、门窗紧闭(jn b)(jn b)房间用电冰房间用电冰箱升温箱升温以房间以房间(fngjin)为系统为系统 绝热闭口(b ku)系闭口系能量方程T电冰箱RefrigeratorIcebox第23页/共86页第二十四页,共86页。门窗紧闭门窗紧闭(jn b)(jn b)房间用空调房间用空调降温降温以房间以房间(fngjin)为系为系统统 闭口(b ku)系闭口系能量方程T空调 QAir-condition第24页/共86页第二十五页,共86页。2-4 开口系能量开口系能量(nngling)方程方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout能量能量(nngling)守守恒原则恒原则进入
15、系统的能量进入系统的能量(nngling)-离开系统的能量离开系统的能量(nngling)=系统储存能量系统储存能量(nngling)的变化的变化Energy balance for open system第25页/共86页第二十六页,共86页。推进推进(tujn)功的引入功的引入WnetQminmoutuinuoutgzingzout Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out -Wnet=dEcv这个结果这个结果(ji(ji gu)gu)与实验不符与实验不符少了推进(tujn)功第26页/共86页第二十七页,共86页。推进推进(tujn)功的表达式功的表达式
16、推进推进(tujn)功(流动功、推功(流动功、推动功)动功)pApVdl W推推=p A dl=pV w推推=pv注意:不是(b shi)pdv v 没有变化Flow work第27页/共86页第二十八页,共86页。对推进对推进(tujn)功的说明功的说明1、与宏观流动有关,流动停止,推进(tujn)功不存在2、作用过程中,工质仅发生(fshng)位置变化,无状态变化3、w推pv与所处状态有关,是状态量4、并非工质本身的能量(动能、位能)变化引起,而由外界做出,流动工质所携带的能量可理解为:可理解为:由于工质的进出,外界与系统之由于工质的进出,外界与系统之间所传递的一种间所传递的一种机械功机械
17、功,表现为流动工质进,表现为流动工质进出系统时所出系统时所携带携带和所和所传递传递的一种的一种能量能量第28页/共86页第二十九页,共86页。开口开口(ki ku)系能量方系能量方程的推导程的推导WnetQpvinmoutuinuoutgzingzout Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out -Wnet=dEcvminpvout第29页/共86页第三十页,共86页。开口开口(ki ku)系能量方系能量方程微分式程微分式 Q+min(u+pv+c2/2+gz)in-Wnet-mout(u+pv+c2/2+gz)out =dEcv工程工程(gngchng)上常
18、上常用流率用流率第30页/共86页第三十一页,共86页。开口开口(ki ku)系能量方程微系能量方程微分式分式当有多条进出口:当有多条进出口:流动时,总一起流动时,总一起(yq)存在存在第31页/共86页第三十二页,共86页。焓焓Enthalpy的引入的引入定义定义(dngy):焓:焓 h=u+pvhh开口系能量(nngling)方程第32页/共86页第三十三页,共86页。焓焓Enthalpy的的 说明说明(shumng)定义(dngy):h=u+pv kJ/kg H=U+pV kJ 1、焓是状态(zhungti)量 state property2、H为广延参数 H=U+pV=m(u+pv)=
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