第四章热力学第一定律的主要页
《热学》第四章和第五章复习
第四章 热力学第一定律 基本要求一、 可逆和不可逆过程 （1）准静态过程（2）理解什么是可逆过程，什么是不可逆过程.知道只有无耗散的准静态过程才是可逆过程。
二、 功和热量 （1）明确功是在力学相互作用过程中能量转移，热量是在热学相互作用过程中的能量的转移，它们都是过程量，它们都是过程量。
知道“作功”是通过物体宏观位移来完成；而“热传递”是通过分子之间的相互作用来完成。
（2）知道功有正负，熟练掌握从体积膨胀功微分表达式pdV W d -=出发计算体积膨胀功。
从几何上理解功的大小等于p-V 图上热力学过程曲线下面的面积。
三、热力学第一定律（1）知道能量守恒与转化定律应用到热学中就是热力学第一定律。
明确热力学第一定律是把内能、功和热量这三个具有能量量纲的物理量结合在一个方程中：即 W Q U +=∆； （2）一微小过程中热力学第一定律表示为：W d Q d dU +=；对于准静态过程热力学第一定律表示为：pdV Q d dU -=（3）内能是态函数，内能一般应是温度和体积的函数。
内能应当包含分子的热运动动能和分子之间的相互作用势能，也应包括分子内部的能量；在热学中的内能一般不包括系统做整体运动的机械能。
四、热容和焓（1）知道热容的定义、热容是过程量、热容与物体的量有关。
（2）知道焓的定义pV U H +=;知道焓的物理意义。
五、热力学第一定律对理想气体的应用（1）知道焦耳定律；即理想气体的内能仅是温度的函数；知道理想气体的焓也只是温度的函数。
内能和焓的微分可分别表示为：dT C dU m V ,ν=；dT C dH m p ,ν=；这两个公式适用于理想气体任何过程。
（2）理想气体的准静态过程的热力学第一定律可表示为pdV dT C dQ m V +=,ν；利用上式可得迈耶公式：R C C m V m p =-,,ν；（3）会熟练利用热力学第一定律处理一些常见热力学过程。
（4）会推导准静态绝热过程方程，熟记并会熟练利用绝热过程方程，同时应知道绝热过程方程的适用条件。
第四章 热力学第一定律 4
1 V4 T1 T2 V1
Q2 Q1
V3 V2
V2 V1 V2 V1
V4 V1
V3 V4
V2 V1
Q 2 R T 2 ln
V2 V1
R T 2 ln
T2 T1
R T1 ln
Q2 Q1
V R T 2 ln 2 V1
Q 2 Q1 j
j1
n
§4.6.2 卡诺热机
为了对热机的最大可能效率进行理论研究，1824年法国工 程师卡诺设想了一种理想的热机，称为卡诺热机；这种热机的 循环过程称为卡诺循环。 卡诺循环在温度为T1、T2的两个热源间工作，由两个等温 过程和两个绝热过程构成。一般所说的卡诺循环是准静态的， 且无摩擦等耗散现象。 P 当工质是气体时，卡诺循 环可以用P-V图表示。 可见：在卡诺循环中，工质从T1 热源吸热Q1，向T2热源放热 Q 2 ， 向外输出功W′ 。
T
⑵ 转换点、转换曲线：
同一工质在不同的温度段对应的焦汤系 数的趋势是可以不同的。 从T-P 图上看，这种现象是由等焓线的斜率决定的。
P
⑵ 转换点、转换曲线： 同一工质在不同的温度段对应的焦汤系数的趋势是可以不同的。 从T-P 图上看，这种现象是由等焓线的斜率
T P H
则有：
W' Q1
Q1 Q2 Q1 1 Q2 Q1
——热机效率
说明
若循环存在m个高温热源，n个低温热源，热机的吸放热为：
Q 1 i ( i 1, 2 , m ) 及 Q 2 j ( j 1, 2 , n )
则热机效率公式中的吸放热为：
热力学第一定律的内容及公式
热力学第一定律的内容及公式热力学第一定律是物理学家在研究热力学时发现的一个基本定律，又称一阶热力学，它主要是指热力学里的“能量守恒定律”，也就是所谓的“热力学第一定律”。
热力学里有两个重要概念，一个是“热量”，一个是“动能”，它们都是热量的形式，而热力学第一定律宣称：“系统在每一次进行的任何物理或化学变化中，热量的总量是保持不变的”，也就是说：“热量守恒定律”，或“热力学第一定律”。
其公式如下：ΔU = Q - W (热量守恒定律)其中，ΔU：系统内部能量的变化量，U”代表“内能”；Q：进入系统的热量量，Q”代表“热量”；W：系统外的动摩擦的功，“W”代表功。
热力学第一定律的推导是基于“能量守恒原理”，也就是基于“能量守恒定律”，即“能量在发生物理和化学变化的过程中是守恒的”，其具体原理可以这样理解：在任何物理或化学变化的过程中，能量只会由一种形式转化为另一种形式，而不会消失或增多，因此可以将它作为守恒量。
这就是“能量守恒定律”所说的“能量不会消失，而只能由一种形式转化为另一种形式”。
热力学第一定律的实际应用非常广泛，它不仅被广泛应用于电力，热动力学，机械学，天然气等，而且它也是热动力机制的基础，比如火的燃烧，爆炸，发动机的工作，热能的转化等等，都离不开热力学第一定律的应用。
热力学第一定律的推导实际上是由能量守恒定律的原理推出来的，其中，Q一般表示进入系统的热量，W表示系统外的动摩擦功，ΔU表示系统内部能量的变化量，因此，Q-W=ΔU，也就是说，热量守恒定律是指热量的总量在发生变化的过程中是保持不变的。
热力学第一定律也有其局限性，它不适用于非平衡态的物理过程，也不适用于外部力的作用下的重力运动，而是适用于系统在收敛过程中的热运动，这也是其它热力学定律如热力学第二定律等作用于平衡态中才能发挥最好作用的原因。
总之，热力学第一定律是由能量守恒定律推导出来的，其公式为Q-W=ΔU，它简单而实用，极大地推动了某些物理过程的进程，发挥了极其重要的作用，并且它也有自己的局限性，不适用于非平衡态的物理过程以及外部力的作用下的重力运动。
化工热力学第四章热力学第一定律及其应用课件
400
2.0
23.80J mol 1K 1
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
熵变为正值。对于绝热过程，环境没有熵变，因而孤立体系 熵变也为正值，这表明节流过程是不可逆的。此例说明，第三章 的普遍化关联法也可以应用于节流过程的计算。
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
例 4—3 300℃、4.5 MPa乙烯气流在透平机中绝热膨胀到 0.2MPa。试求绝热、可逆膨胀（即等熵膨胀）过程产出的轴功。 （a）用理想气体方程；（b）用普遍化关联法，计算乙烯的热
即：
能入 能出 能存
封闭体系非流动过程的热力学第一定律：
U Q W
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用 第一节
§4-2 开系流动过程的能量平衡
开系的特点： ① 体系与环境有物质的交换。 ② 除有热功交换外，还包括物流输入和 输出携带能量。
开系的划分： ➢ 可以是化工生产中的一台或几台设备。 ➢ 可以是一个过程或几个过程。 ➢ 可以是一个化工厂。
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
例 4—2 丙烷气体在2MPa、400K时稳流经过某节流装置后 减压至0.1MPa。试求丙烷节流后的温度与节流过程的熵变。
[解] 对于等焓过程，式（3—48）可写成
H
CP T2 T1
H
R 2
H1R
0
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
已知终压为0.1MPa，假定此状态下丙烷为理想气体，
S
C* pms
ln T2 T1
R ln
P2 P1
S1R
因为温度变化很小 ，可以用
C* pms
C* pmh
92.734J
mol 1
热学学 第四章 热力学第一定律.
植物，通过氧化把化学能转化为热和机械能。
16
亥姆霍兹 德国 物理学家（1821～1894） 《力之守恒》 化学、力学、电磁学、热学
17
• 2 内能
内能：在热学参考系下，所有分子的无规则运动的能量之和。
热学参考系：使系统宏观静止的参考系
用的能量，在过程中保持为常数，因此可以省略。
• 内能具体包含哪些能量---普遍
分子的动能(包括平动、转动、振动)
+分子内部的振动势能
+分子间的势能
18
---原子核内的能量，不能被运用，省略。 ---系统整体运动的能量，不是内能，排除。 (系统的整体平动、转动的动能) ---对于理想气体，分子间势能在任何过程中始终保持为常数， 可以省略。 • 例子：单原子分子理想气体的内能。 每个分子的动能之和。---热学坐标系。 • 例子：刚性双(多)原子分子理想气体的内能。 每个分子的平动动能之和，每个分子的转动动能之和。 • 例子：非刚性双(多)原子分子理想气体的内能。 每个分子的平动动能之和，每个分子的转动动能之和。每个分 子的振动动能之和，每个分子的振动势能之和。 • 例子：前面的例子都为非理想气体时。 都要包含分子间的势能之和。
系统和外界在非功过程交换的能量，称为热量
注意：1）热量过程量。
2）系统和外界必须有温度差，才能交换热量。
3）系统和外界交换能量的方式只有两种：功，热量。
§4.3 热力学第一定律
本质：能量转化和守恒定律在热学系统的表现。
1 历史
14
焦耳(1818-1889),英国。 热功当量
w电＝I 2Rt＝JQ w重力＝JQ Q cmT
大学物理-热力学
存在温差而发生的能量传递 .
功与热量的异同 1）过程量：与过程有关；
T1 T2
T1 Q T2
2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；
1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡
3）功与热量的物理本质不同 .
功
宏观运动
分子热运动
热量
分子热运动
分子热运动
五、 内 能 （状态量）
物体内分子做无规运动的动能和势能的总和叫做 物体的内能。内能由系统的状态唯一地决定。内能的 改变量只由初末状态决定，和变化的具体过程无关。
p
A*
1
p
A*
1
2 *B
o
V
2 *B
o
V
理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数 ,
理想气体 的内能仅是温度的函数 U U (T )
永 动 机 的 设 想 图
第一类永动机试图在不获 取能源的前提下使体系持续 地向外界输出能量。历史上 最著名的第一类永动机是法 国人亨内考在十三世纪提出 的“魔轮”，十五世纪，著 名学者达芬奇也曾经设计了 一个相同原理的类似装置， 1667年曾有人将达芬奇的设 计付诸实践，制造了一部直 径5米的庞大机械，但是这些 装置经过试验均以失败告终。
Cp,m CV ,m R
CV ,m
CV ,m
CV ,m
R 1
R
1
W 1 (T1 T2 ) 1 ( p1V1 p2V2 )
绝热过程方程的推导
dQ 0, dW dU pdV vCV ,mdT
pV vRT
pdV Vdp R pdV CV ,m
整理得
dp dV 0
pV
p
p2
2 T2
热学_热力学第一定律
3、理想气体在几种等值过程中功的计算 前提：理想气体的无摩擦准静态过程。 等温过程：
W =∫
V2
V1
V2 dV = νRT ln pdV = νRT ∫ V1 V V1
V2
气体膨胀时， d V > 0
d W > 0 系统对外界作功。
p p2 C
等 温
Q P1V1 = P2V2
A
P1 W = νRT ln P2
1)对过程 adb
0 a d V
Qadb = ΔU &#
2)对过程 ba
Qba = ( U a − U b ) + W2 = −105 − 42 = −147 J
放热
§4.4 一、定体热容与内能
热容量与焓
p b d c a T 0 V e T+dT
等体过程a—b, ΔV=0，W=0
宏观位移 转 换 分子间作用 传 递
1卡 = 4.18 焦耳 系统内能 系统内能
外界机械能 外界内能
§4.3 内能 热力学第一定律 一、内能 1. 定义： 微观上：热力学系统内部的能量。 包括所有分子热运动动能EK与分子间的势能EP
U = Uk + U p
U = U ( T ,V )
宏观上：系统内能的增量等于绝热过程中外界对 系统作的功。——内能定理
△U > 0 ，系统内能增加。△U < 0，系统内能减少。
2）热力学第一定律的另一种表述： 第一类永动机是不可能制成的。 第一类永动机：不需要任何动力 和燃料，却能对外作功的机器。
3） Q = Δ U + W , dQ = dU + dA 适用于任何系统的任何过程
对微小准静态过程： d Q = d U + p d V 对有限准静态过程： Q = Δ U + pdV V1 i 而 Δ U = ν R Δ T 只适用于理想气体。 2 4）热力学第一定律是大量实验的结果，具有普遍性。 5）实质是包含热能在内的能量转化与守恒定律。
能量守恒定律 热力学第一定律
能量守恒定律热力学第一定律
能量守恒定律是热力学中的基本定律之一，也称为热力学第一定律。
它表明，在任何系统中，能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能在不同形式之间转化。
换句话说，系统中的能量总量保持不变，即能量守恒。
这个定律适用于所有物理系统，包括热力学系统。
在热力学系统中，能量可以以多种形式存在，如热能、动能、势能、化学能等。
热力学第一定律表明，系统中的能量总量等于输入和输出的能量之和，即能量守恒。
因此，热力学第一定律可以用来描述热能的转移和转化。
例如，在一个封闭的容器中，当热源向其中输入热量时，其内部的能量总量增加，而当它向外界释放热量时，其内部的能量总量减少。
这个过程中，能量的总量始终保持不变。
总之，能量守恒定律是热力学中最基本的定律之一，它揭示了能量在物理系统中的本质和特性，具有重要的理论和实际意义。
- 1 -。
热力学第一定律
热力学系统中的力学作用形式多样， 如：压强、表面张力、弹性力、 电磁力、等等。
2. 作用效果
使热力学系统的力学平衡条件被破坏，在系统状态 变化过程中伴随有能量转移，其形式即：作功。
3. 一些常见过程中元功的计算
作用力为广义力， 状态变化量为广义位移，
记 Y 为广义力，X 为广义位移，
则其元功为： W YX .
3.车载的能量有限。
冷却外壳
离合器部分
驱动电机系统概述
二、驱动电机的分类
按照结构和工作原理不同，目前的驱动电动机有直流电动机、交流异步电动 机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机等几种。
1.直流电动机 直流电动机通过定子绕组产生磁场，向转子绕组通入直流电，并用换向装置对 绕组内电流在适当时候进行换向，使转子绕组始终受到固定方向的电磁转矩。
驱动电机系统概述
一、驱动电机简介
用于驱动车辆的电动机称为驱动电动机。其任务是在驾驶人的控制下，高效
率地将蓄电池的电量转化为车轮的动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。
驱动电动机的工作条件与一般工业电动机有明显不同，体现在以下方面。
1.驱动电动机的转速、转矩变化范围大；
发动机
电动机
就业变速箱
2.驱动电动机所处的使用环境恶劣；
三、驱动电机的额定指标 驱动电动机的额定指标是指根据国家标准及电动机的设计、试验数据而确定的额
定运行数据，是电动机运行的基本依据。电动机的额定指标主要包括以下各项。 1.额定功率。额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机械功率（W或kW）。 2.额定电压。额定电压是指外加于线端的电源线电压（V）。 3.额定电流。额定电流是指电动机额定运行（额定电压、额定输出功率）情况下
热力学第一定律w正负
热力学第一定律w正负
热力学第一定律是能量守恒原理的表述。
它指出，一个系统的内能变化等于从系统中传入的热量加上对系统做功的能量。
当一个系统从初始状态变为最终状态，其内能变化等于从系统中传入的热量减去对系统做功的能量。
这个式子可以用以下公式表示：
ΔU = Q - W
其中，ΔU表示系统内能变化，Q表示从系统中传入的热量，W
表示对系统做功的能量。
Q和W分别被定义为正值或负值，取决于它们的方向。
在讨论热力学第一定律的正负时，我们需要考虑热量和功的正负以及内能的变化方向。
当Q和W都为正数时，热量从外部进入系统，对系统做功的能量也为正数。
此时，系统的内能增加，即ΔU为正数。
相反，当Q和W都为负数时，热量从系统中流出，对系统做功的能量也为负数。
此时，系统的内能减少，即ΔU为负数。
当Q为正数，W为负数时，热量从外部进入系统，系统对外做负功。
这种情况下，系统的内能变化的正负取决于Q和W的大小关系。
如果Q的绝对值大于W的绝对值，那么ΔU为正数；如果W的绝对值大于Q的绝对值，那么ΔU为负数。
当Q为负数，W为正数时，热量从系统中流出，系统对外做正功。
这种情况下，系统的内能变化的正负也取决于Q和W的大小关系。
如果W的绝对值大于Q的绝对值，那么ΔU为正数；如果Q的绝对值大于W的绝对值，那么ΔU为负数。
总之，热力学第一定律w正负的问题需要考虑热量和功的正负以及内能的变化方向。
只有综合考虑这些因素，才能正确地判断系统内能变化的正负。
这个问题在热力学的许多应用中都是非常重要的，因此值得我们深入理解和掌握。
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❖ §4.4 热容与焓
❖
§4.4.1 定体热容与内能
❖
§4.4.2 定压热容与焓
❖§4.5第一定律对气体的应用
❖ §4.5.1理想气体内能 焦耳实验
❖ §4.5.2理想气体的等体、等压、等温过程
❖ §4.5.3绝热过程
❖ *§4.5.4大气温度绝热递减率
❖ 第四章 热力学第一定律
§4.1 可逆与不可逆过程
§4.1.1 准静态过程 *§4.1.2 弛豫时间
§4.1.3 可逆与不可逆过程
§4.2 功和热量
§4.2.1 功是力学相互作用下的能量转移 §4.2.2 体积膨胀功 §4.2.3 其他形式的功 §4.2.4 热量与热质说
§4.3 热力学第一定律
❖§4.5.6多方过程 Nhomakorabea❖ §4.6热机
❖ §4.6.1蒸汽机与热机 ❖ §4.6.2卡诺热机
❖ *§4.6.3内燃机循环
❖ §4.7焦耳-汤姆孙效应与制冷机
❖
§4.7.1制冷循环与制冷系数
❖
§4.7.2焦耳-汤姆孙效应
❖
§4.7.3气体压缩式制冷机
❖
*§4.7.4热泵型空调器