第3章 熱力學(xué)第一定律
本章基本要求
深刻理解熱量、儲(chǔ)存能、功的概念，深刻理解內(nèi)能、焓的物理意義
理解膨脹（壓縮）功、軸功、技術(shù)功、流動(dòng)功的聯(lián)系與區(qū)別
本章重點(diǎn)
熟練應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決具體問題
熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì): 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用
收入-支出=系統(tǒng)儲(chǔ)能的變化
第一類永動(dòng)機(jī)：不消耗任何能量而能連續(xù)不斷作功的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。
3．1系統(tǒng)的儲(chǔ)存能
系統(tǒng)的儲(chǔ)存能的構(gòu)成：內(nèi)部儲(chǔ)存能+外部儲(chǔ)存能
一．內(nèi)能
熱力系處于宏觀靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子所具有的能量之和，單位質(zhì)量工質(zhì)所具有的內(nèi)能，稱為比內(nèi)能，簡稱內(nèi)能。U=mu
內(nèi)能=分子動(dòng)能+分子位能
分子動(dòng)能包括：
1．分子的移動(dòng)動(dòng)能 2。分子的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能.
3．分子內(nèi)部原子振動(dòng)動(dòng)能和位能
分子位能：克服分子間的作用力所形成
3．2 系統(tǒng)與外界傳遞的能量
與外界熱源,功源,質(zhì)源之間進(jìn)行的能量傳遞
一、熱量
在溫差作用下,系統(tǒng)與外界通過界面?zhèn)鬟f的能量。
規(guī)定:
系統(tǒng)吸熱熱量為正，系統(tǒng)放熱熱量為負(fù)。
單位：kJ kcal l kcal=4.1868kJ
特點(diǎn): 熱量是傳遞過程中能量的一種形式，熱量與熱力過程有關(guān),或與過程的路徑有關(guān).
二、功
除溫差以外的其它不平衡勢差所引起的系統(tǒng)與外界傳遞的能量.
1．膨脹功W：在力差作用下，通過系統(tǒng)容積變化與外界傳遞的能量。
單位：l J=l Nm
規(guī)定: 系統(tǒng)對外作功為正，外界對系統(tǒng)作功為負(fù)。
膨脹功是熱變功的源泉
2 軸功W :
通過軸系統(tǒng)與外界傳遞的機(jī)械功
注意: 剛性閉口系統(tǒng)軸功不可能為正，軸功來源于能量轉(zhuǎn)換
三、隨物質(zhì)傳遞的能量
1．流動(dòng)工質(zhì)本身具有的能量
2． 流動(dòng)功(或推動(dòng)功)：維持流體正常流動(dòng)所必須傳遞量，是為推動(dòng)流體通過控制體界面而傳遞的機(jī)械功.
推動(dòng)1kg工質(zhì)進(jìn)、出控制體所必須的功
注意: 流動(dòng)功僅取決于控制體進(jìn)出口界面工質(zhì)的熱力狀態(tài)。流動(dòng)功是由泵風(fēng)機(jī)等提供
思考：與其它功區(qū)別
焓的定義：焓=內(nèi)能+流動(dòng)功
對于m千克工質(zhì)：
對于1千克工質(zhì)：h=u+ p v
焓的物理意義：
1． 對流動(dòng)工質(zhì)(開口系統(tǒng))，表示沿流動(dòng)方向傳遞的總能量中，取決于熱力狀態(tài)的那部分能量.
2． 對不流動(dòng)工質(zhì)(閉口系統(tǒng))，焓只是一個(gè)復(fù)合狀態(tài)參數(shù)
思考為什么：特別的對理想氣體 h= f (T)
3．3 閉口系統(tǒng)能量方程
一、能量方程表達(dá)式
二、.循環(huán)過程第一定律表達(dá)式
結(jié)論: 第一類永動(dòng)機(jī)不可能制造出來 思考：為什么
3．4 開口系統(tǒng)能量方程
由質(zhì)量守恒原理：
進(jìn)入控制體的質(zhì)量一離開控制體的質(zhì)量=控制體中質(zhì)量的增量
能量守恒原理：
進(jìn)入控制體的能量一控制體輸出的能量=控制體中儲(chǔ)存能的增量
3．5 開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程
一． 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況
工質(zhì)以恒定的流量連續(xù)不斷地進(jìn)出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點(diǎn)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運(yùn)動(dòng)參數(shù)都保持一定，不隨時(shí)間變化，稱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況。
3．6 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程的應(yīng)用
1．動(dòng)力機(jī)：利用工質(zhì)在機(jī)器中膨脹獲得機(jī)械功的設(shè)備。
2．壓氣機(jī)：消耗軸功使氣體壓縮以升高其壓力的設(shè)備
3．熱交換器
本章總結(jié)
1．必須學(xué)會(huì)并掌握應(yīng)用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行解題的方法，步驟如下：
1）根據(jù)需要求解的問題，選取熱力系統(tǒng)。
2）列出相應(yīng)系統(tǒng)的能量方程
3）利用已知條件簡化方程并求解
4）判斷結(jié)果的正確性
2．深入理解熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)，并掌握其各種表達(dá)式（能量方程）的使用對象和應(yīng)用條件。
3．切實(shí)理解熱力學(xué)中功的定義，掌握各種功量的含義和計(jì)算，以及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系，切實(shí)理解熱力系能量的概念，掌握各種系統(tǒng)中系統(tǒng)能量增量的具體含義。
4． 本章學(xué)習(xí)中，要更多注意在穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定流動(dòng)情況下，適用于理想氣體和可逆過程的各種公式的理解與應(yīng)用。
思考題：
1．門窗緊閉的房間內(nèi)有一臺電冰箱正在運(yùn)行,若敞開冰箱的大門就有一股涼氣撲面,感到?jīng)鏊?。于是有人就想通過敞開冰箱大門達(dá)到降低室內(nèi)溫度的目的,你認(rèn)為這種想法可行嗎?
2. 既然敞開冰箱大門不能降溫，為什么在門窗緊閉的房間內(nèi)安裝空調(diào)器后卻能使溫度降低呢?
3．對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，有否可能？
4．對空氣邊壓縮邊進(jìn)行冷卻，如空氣的放熱量為1kJ，對空氣的壓縮功為6kJ，則此過程中空氣的溫度是升高，還是降低。
5．空氣邊吸熱邊膨脹，如吸熱量Q=膨脹功，則空氣的溫度如何變化。
6．討論下列問題：
1) 氣體吸熱的過程是否一定是升溫的過程。
2) 氣體放熱的過程是否一定是降溫的過程。
3) 能否以氣體溫度的變化量來判斷過程中氣體是吸熱還是放熱。
7．試分析下列過程中氣體是吸熱還是放熱(按理想氣體可逆過程考慮)
1) 壓力遞降的定溫過程。
2) 容積遞減的定壓過程。
3) 壓力和容積均增大兩倍的過程。
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