大学物理化学授课课件热力学第一定律(本科专业).ppt

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1、2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律1第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律2-1 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质2-2 闭口系统能量方程式闭口系统能量方程式2-3 开口系统能量方程式开口系统能量方程式2-4 稳定状态稳定流动能量方程式稳定状态稳定流动能量方程式2-5 轴功轴功2-6 稳定流动能量方程式应用举例稳定流动能量方程式应用举例2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律22-1 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质 热力学第一定律热力学第一定律能量守恒和转换定律在工程热力学中的应用。能量守恒和转换定律在工程热力学中的应用。

2、能量守恒和转换定律：能量可以相互转换，且转换前后的总量能量守恒和转换定律：能量可以相互转换，且转换前后的总量保持不变。保持不变。热力学第一定律：热能与机械能可以相互转换，且转换前后的热力学第一定律：热能与机械能可以相互转换，且转换前后的总量保持不变。总量保持不变。第一类永动机第一类永动机是不可实现的。是不可实现的。系统经历一个热力循环后，其所接受的净热量转换为对外所作系统经历一个热力循环后，其所接受的净热量转换为对外所作的净功。即：的净功。即：2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律32-2 闭口系统能量方程式闭口系统能量方程式 能量方程式能量方程式热力过程中，系统与外界

3、交换的能量及系统本身热力过程中，系统与外界交换的能量及系统本身总能量之间的关系式。总能量之间的关系式。热力学能热力学能U（J）：系统内部各种形式能量的总和。热力学能是系统内部各种形式能量的总和。热力学能是状态参数。状态参数。比比热力学能热力学能u(J/kg)：系统的总能量系统的总能量E（J）：比热力学能可由任意两个独立参数确定：比热力学能可由任意两个独立参数确定：宏观动能宏观动能宏观位能宏观位能，2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律4 闭口系统与外界间可能发生的能量交换：闭口系统与外界间可能发生的能量交换：Q和和W 一般不作整体位移一般不作整体位移，Ek与与Ep的变化

4、均为零，因此与外界交换能的变化均为零，因此与外界交换能量（功量量（功量W、热量、热量Q）的结果只是导致热力学能）的结果只是导致热力学能U 的变化。的变化。对于热力过程对于热力过程1-2,有有 对对1kg工质，有工质，有 正、负号规定：系统吸热为正，放热为负；系统对外作功为正，正、负号规定：系统吸热为正，放热为负；系统对外作功为正，外界对系统作功为负。外界对系统作功为负。上式既适用于准静态过程，也适用于非准静态过程。上式既适用于准静态过程，也适用于非准静态过程。对于微元过程，有对于微元过程，有2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律5 对可逆过程对可逆过程:因此上述诸式可写

5、为因此上述诸式可写为对对1kg工质，有工质，有2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律62-3 开口系统能量方程式开口系统能量方程式物理模型物理模型2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律7经历时间经历时间 后，系统内的质量变化：后，系统内的质量变化：由此可得由此可得该式称为该式称为连续性方程式连续性方程式，它说明单位时间内开口系统中工质质量增，它说明单位时间内开口系统中工质质量增加的数量等于流入和流出系统的质量流量之差。加的数量等于流入和流出系统的质量流量之差。能量交换的情况：能量交换的情况：加入系统的热量：加入系统的热量：系统对外所作的轴功：系统

6、对外所作的轴功：2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律8推动功推动功推动流体流入或流出系统所消耗的功量。推动流体流入或流出系统所消耗的功量。出口截面处，系统为推动微元工质流出系统消耗的推动功为出口截面处，系统为推动微元工质流出系统消耗的推动功为 于是，开口系统对外界输出的净推动功为于是，开口系统对外界输出的净推动功为 过程中流入、流出系统的工质所带入系统的净能量为过程中流入、流出系统的工质所带入系统的净能量为 即即入口处，外界推动工质流入系统所消耗的推动功入口处，外界推动工质流入系统所消耗的推动功2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律9由上述各项

7、能量，可以得到开口系统的能量转换关系为由上述各项能量，可以得到开口系统的能量转换关系为因因而而以及以及将其代入上述开口系统能量转换关系式，即有将其代入上述开口系统能量转换关系式，即有和和开口系统开口系统能量方程式能量方程式，2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律102-4 稳定状态稳定流动能量方程式稳定状态稳定流动能量方程式 过程特点：过程特点：，qm1=qm2=qm=常量，常量，将其代入开口系统能量方程式，有将其代入开口系统能量方程式，有取取有有，2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律11令令则有则有将其称为焓，也是一个状态参数将其称为焓，也是

8、一个状态参数：焓并不能看作是工质储存的能量，而是随工焓并不能看作是工质储存的能量，而是随工质流动跨越边界而转移的能量。热力学能是工质质流动跨越边界而转移的能量。热力学能是工质内部储存能量的唯一形式。内部储存能量的唯一形式。由由，有有即即热力学第一定律的另一主要形式热力学第一定律的另一主要形式。稳定状态稳定状态稳定流动稳定流动能量方程式能量方程式，2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律122-5 轴功轴功 由稳定流动能量方程式，可得轴功与其他形式能量间的关系为：由稳定流动能量方程式，可得轴功与其他形式能量间的关系为：由由可得可得 上上式说明：稳定流动过程中开口系统所作的式

9、说明：稳定流动过程中开口系统所作的轴功轴功是工质的容积是工质的容积变化功，在扣除了净推动功以及增加的流动动能、重力位能之后，变化功，在扣除了净推动功以及增加的流动动能、重力位能之后，通过边界输出的功。通过边界输出的功。2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律13 技术功技术功wt工程上可以直接利用的机械能工程上可以直接利用的机械能将轴功的表达式代入上式，有将轴功的表达式代入上式，有 忽略宏观动能和位能，有忽略宏观动能和位能，有可见，可逆过程的技术功的大小可用过程可见，可逆过程的技术功的大小可用过程线左边的面积来表示。线左边的面积来表示。2023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律142-6 稳定流动能量方程式应用举例稳定流动能量方程式应用举例一、加热器或冷却器一、加热器或冷却器二、涡轮机或压气机二、涡轮机或压气机特点：特点：ws=0，cf2cf1，z2 z1所以有所以有 q=h2-h1特点：特点：q=0，cf2cf1，z2 z1所以有所以有 ws=h1-h22023年2月21日第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律15三、喷管和扩压管三、喷管和扩压管四、绝热节流四、绝热节流所以有所以有特点：特点：q=0，ws=0，z2 z1特点：特点：q=0，ws=0，cf2=cf1，z2 z1所以有所以有 h2=h1