热力学第二章第一定律幻灯片.ppt
《热力学第二章第一定律幻灯片.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热力学第二章第一定律幻灯片.ppt(86页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、热力学第二章第一定律第1页,共86页,编辑于2022年,星期日2-1 热力学第一定律的本质热力学第一定律的本质 1909年,年,C.Caratheodory最后完善热一律最后完善热一律本质:本质:能量能量转换转换及及守恒守恒定律定律在热过程中的应用在热过程中的应用 18世纪初,工业革命,热效率只有世纪初,工业革命,热效率只有1%1842年,年,J.R.Mayer阐述热一律,但没有阐述热一律,但没有 引起重视引起重视 1840-1849年,年,Joule用多种实验的一致性用多种实验的一致性 证明热一律,于证明热一律,于1850年发表并得到公认年发表并得到公认第2页,共86页,编辑于2022年,星
2、期日焦耳实验焦耳实验1、重物下降,输重物下降,输 入功,绝热容入功,绝热容 器内气体器内气体 T 2、绝热去掉,气绝热去掉,气 体体 T ,放出,放出 热给水,热给水,T 恢复恢复 原温。原温。第4页,共86页,编辑于2022年,星期日焦耳实验焦耳实验水温升高可测得水温升高可测得热量热量,重物下降可测得重物下降可测得功功热功当量热功当量1 cal=4.1868 kJ工质经历循环工质经历循环:Mechanical equivalent of heat第5页,共86页,编辑于2022年,星期日闭口系循环的热一律表达式闭口系循环的热一律表达式要想得到要想得到功功,必须花费,必须花费热能热能或或其它能
3、量其它能量热一律热一律又可表述为又可表述为“第一类永动机是第一类永动机是 不可能制成的不可能制成的”Perpetual motion machine of the first kind第6页,共86页,编辑于2022年,星期日QPerpetual motion machine of the first kind锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器WnetQout电电加加热热器器第7页,共86页,编辑于2022年,星期日2-2 2-2 热一律的推论热一律的推论内能内能内能内能的导出的导出闭口系循环闭口系循环Internal energy第8页,共86页,编辑于2022年,星期
4、日内能的导出内能的导出对于循环对于循环1a2c1对于循环对于循环1b2c1状态参数状态参数pV12abc第9页,共86页,编辑于2022年,星期日内能及闭口内能及闭口系热一律表达式系热一律表达式定义定义 dU=Q-W 内能内能U 状态函数状态函数 Q=dU+WQ=U+W闭口系闭口系热一律表达式热一律表达式!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10页,共86页,编辑于2022年,星期日内能内能U 的物理意义的物理意义dU=Q-W W Q dU 代表某微元过程中系统通过边界代表某微元过程中系统通过边界交换的交换的微热量微热量与与微功量微功量两者之差值,也即两者之差值
5、,也即系统内部能量系统内部能量的变化。的变化。U 代表储存于系统代表储存于系统内部的能量内部的能量 内储存能内储存能(内能内能、热力学能热力学能)第11页,共86页,编辑于2022年,星期日内能的组成内能的组成分子动能分子动能分子位能分子位能 binding forces化学能化学能 chemical energy核能核能 nuclear energy内能内能microscopic forms of energy 移动移动 translation转动转动 rotation振动振动 vibration第12页,共86页,编辑于2022年,星期日系统总能系统总能 total energy外部储存能
6、外部储存能macroscopic forms of energy宏观动能宏观动能 kinetic Ek=mc2/2宏观位能宏观位能 potential Ep=mgz机械能机械能系统总能系统总能E=U+Ek+Epe=u+ek+ep一般与系统同坐标,常用一般与系统同坐标,常用U,dU,u,du第13页,共86页,编辑于2022年,星期日内能的说明内能的说明 内能内能是状态量是状态量 state property U:广延参数广延参数 kJ u :比参数比参数 kJ/kg 内能内能总以变化量出现,总以变化量出现,内能内能零点人为定零点人为定第14页,共86页,编辑于2022年,星期日热一律的文字表达
7、式热一律的文字表达式热一律热一律:能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律=进入进入系统系统的的能量能量离开离开系统系统的的能量能量系统系统内部储存内部储存能量能量的的变化变化-Total energy entering the systemTotal energy leaving the systemChange in the total energy of the system=-第15页,共86页,编辑于2022年,星期日能量的传递和转化能量的传递和转化一、能量传递的两种方式一、能量传递的两种方式 作功作功第16页,共86页,编辑于2022年,星期日作功的说明“作功作功”是系统与外界间的一种
8、相互作用,是越过系统边界的能量是系统与外界间的一种相互作用,是越过系统边界的能量交换。交换。功是指作功过程中在传递着的能量的总称,过程一旦结束就再无所谓功是指作功过程中在传递着的能量的总称,过程一旦结束就再无所谓功。功。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?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谓从系统的内部去寻找依据,对系统的内部来说无所谓“功功”。功是有序能量传递。功是有序能量传递。第17页,共86页,编辑于2022年,星期日过程功:按照系统在热力过程
9、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。l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。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。l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,因而也是无用的。热量,因而也是无用的。l像设备从转轴上传出的轴功,提升重物所作的机械功,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(可以利用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机械功)都属于相关机械设备进一
10、步使之转变为轴功等机械功)都属于系统所作的有用功。系统所作的有用功。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。l功源:一种可以向热力系作功或从热力系统接受功的外界功源: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。物体或装置。第18页,共86页,编辑于2022年,星期日 传热系统与外界之间的另一种相互作用,是系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递现统与外界之间依靠温差进行的一种能量传递现象,所传递的能量称为热量。象,所传递的能量称为热量。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过程的推动
11、势差,但是系统温度的变化与传温差虽然是传热过程的推动势差,但是系统温度的变化与传热并无必然的联系。热并无必然的联系。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:系统从外界热量符号规定:系统从外界吸热吸热为为正正;向外界放热为负;向外界放热为负第19页,共86页,编辑于2022年,星期日2-3 闭口系能量方程闭口系能量方程 W Q一般式一般式 Q=dU+W Q=U+W q=du+w q=u+w单位工质单位工质适用条件:适用条件:1)任何工质)任何工质 2)任何过程任何过程Energy balance for closed systemPoint function
12、-Exact differentials-dPath function-Inexact differentials-第20页,共86页,编辑于2022年,星期日闭口系能量方程中的功闭口系能量方程中的功功功(w)是广义功是广义功 闭口系与外界交换的功量闭口系与外界交换的功量 q=du+w准静态容积变化功准静态容积变化功 pdv拉伸功拉伸功 w拉伸拉伸=-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21页,共86页,编辑于2022年,星期日闭口系能量方程的通式闭口系能量方程的通式 q=du+w若在地球上研究飞行器若在地球上研究飞行器 q=de+w=du+dek
13、+dep+w 工程热力学用此式较少工程热力学用此式较少第22页,共86页,编辑于2022年,星期日准静态和可逆闭口系能量方程准静态和可逆闭口系能量方程简单可压缩系简单可压缩系准静态过程准静态过程 w=pdv简单可压缩系简单可压缩系可逆过程可逆过程 q=Tds q=du+pdv q=u+pdv热一律解析式之一热一律解析式之一Tds=du+pdv Tds=u+pdv热力学恒等式热力学恒等式第23页,共86页,编辑于2022年,星期日门窗紧闭房间用电冰箱升温门窗紧闭房间用电冰箱升温以房间为以房间为系统系统 绝热闭口系绝热闭口系闭口系能量方程闭口系能量方程T电电冰冰箱箱RefrigeratorIceb
14、ox第24页,共86页,编辑于2022年,星期日门窗紧闭房间用空调降温门窗紧闭房间用空调降温以房间为以房间为系统系统 闭口系闭口系闭口系能量方程闭口系能量方程T空空调调 QAir-condition第25页,共86页,编辑于2022年,星期日 2-4 开口系能量方程开口系能量方程 Wnet Q min moutuinuoutgzingzout能量守恒原则能量守恒原则进入进入系统的系统的能量能量 -离开离开系统的系统的能量能量 =系统系统储存能量储存能量的的变化变化Energy balance for open system第26页,共86页,编辑于2022年,星期日推进功的引入推进功的引入 W
15、net Q min moutuinuoutgzingzout Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out -Wnet=dEcv这个结果与实验不这个结果与实验不符符少了少了推进功推进功第27页,共86页,编辑于2022年,星期日推进功的表达式推进功的表达式推进功推进功(流动功、推动功)(流动功、推动功)pApVdl W推推=p A dl=pV w推推=pv注意:注意:不是不是 pdv v 没有变化没有变化Flow work第28页,共86页,编辑于2022年,星期日对推进功的说明对推进功的说明1 1、与宏观与宏观流动流动有关,流动停止,推进功不存在有关,流动停止,
16、推进功不存在2 2、作用过程中,工质仅发生作用过程中,工质仅发生位置位置变化,无状态变化变化,无状态变化3 3、w推推pv与所处状态有关,是与所处状态有关,是状态量状态量4 4、并非工质本身的能量(动能、位能)变化引起,并非工质本身的能量(动能、位能)变化引起,而由外界做出,流动工质所而由外界做出,流动工质所携带的能量携带的能量可理解为:可理解为:由于工质的进出,外界与系统之间由于工质的进出,外界与系统之间所传递的一种所传递的一种机械功机械功,表现为流动工质进出系统,表现为流动工质进出系统时所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29页,共86页,编辑于2022年,星期日开口系能量
17、方程的推导开口系能量方程的推导 Wnet Qpvin moutuinuoutgzingzout Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out -Wnet=dEcv minpvout第30页,共86页,编辑于2022年,星期日开口系能量方程微分式开口系能量方程微分式 Q+min(u+pv+c2/2+gz)in-Wnet-mout(u+pv+c2/2+gz)out =dEcv工程上常用工程上常用流率流率第31页,共86页,编辑于2022年,星期日开口系能量方程微分式开口系能量方程微分式当有多条进出口:当有多条进出口:流动时,总一起存在流动时,总一起存在第32页,共86
18、页,编辑于2022年,星期日焓焓Enthalpy的引入的引入定义:定义:焓焓 h=u+pvhh开口系能量方程开口系能量方程第33页,共86页,编辑于2022年,星期日焓焓Enthalpy的的 说明说明 定义:定义:h=u+pv kJ/kg H=U+pV kJ 1、焓焓是状态量是状态量 state property2、H为广延参数为广延参数 H=U+pV=m(u+pv)=mh h为比参数为比参数3、对流动工质,对流动工质,焓焓代表能量代表能量(内能内能+推进功推进功)对静止工质,对静止工质,焓焓不代表不代表能量能量4 4、物理意义:开口系中随工质物理意义:开口系中随工质流动而携带流动而携带的、取
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 热力学 第二 第一 定律 幻灯片
限制150内