工程热力学第三章_第6节
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解：以房间为系统，忽略围护结构传热，
则系统为绝热闭口系。
Refrigerator Icebox
Wf = p A dl = pV wf= pv
流动功是一种特殊的功，大小取 决于控制体进出口界面的热力状 态，与热力过程无关。
对流动功的理解
1.与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在 2.作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
3.Wf＝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（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
a c
2
V
积分是否与路径无关
状态参数的积 分特征
热力学能是状态参数
对循环1-a-2-c-1，有：
(Q W ) (Q W ) 0
1a 2
2c1
对循环1-b-2-c-1，有：
(Q W ) (Q W ) 0
1b 2
2c1
(Q W ) (Q W )
1a 2
1b 2
p1
b
a c
2
V
与路径无关
用dU表示
是某状态函数的全微分
热力学能的物理意义
dU = Q - W
Q
W
dU 代表某微元过程中系统通过边界交换的 微热量与微功量两者之差值，也即系统内部能量 的变化。
U 代表储存于系统内部的能量 内储存能（内能、热力学能）
• 内能总以变化量出现，内能零点人为定
热力学能的微观组成
热力状态的 单值函数， 与路径无关
2.重力位能
Ep mgz
外部存储能 机械能
系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U Ek E p
E U 1 mc2 mgz 2
比总能
e u 1 c2 gz 2
系统与外界传递的能量
1.热量：在温差作用下与外界传递 的能量（实际，热量学）
2.功量：除温差外的其它不平衡势 差所引起的系统与外界之 间传递的能量。
闭口系统能量方程
闭口系统，没有物质交换，能 量传递只有热量和功两种形式。
Q
W
系统总能变化＝传入的热量－输出的功
E Q W
E U Ek Ep 动能与位能不发生变化
dU Q W
Q dU W
适用于任何工质、任何过程 q du w
热一律在循环过程中的应用
闭口系统，热力循环1-2-3-4-1
可理解为：由于工质的进出，外界与系统之间所传递 的一种机械功，表现为流动工质进出系统时所携带和 所传递的一种能量
焓及其物理意义
流动工质传递的能量：
e u 1 c2 gz pv u pv 1 c2 gz
2
2
定义为焓h h＝u+pv H＝U+pV
取决于物质的热 力状态
焓是流动工质传递的总能量中取决于热力状态的部分， 如果动能和位能可以忽略，则焓代表随流动工质传递的 总能量
理想气体热力学能变化计算
定容过程 理想气体
qv
u
duv
f T
cv dTv
cv
du dT
cv
u T v
定值比热
2
du cvdT 或 u 1 cvdT
Cv 平均比热 真实比热
混合气体
n
U Ui i 1
n
mu miui i 1
n
u giui i 1
例题
门窗紧闭的房间内有一台运行的电冰 箱，若敞开冰箱门就有一股凉气扑面， 有人就想通过敞开冰箱大门达到降低 室温的目的，请用热力学第一定律分 析此方法是否可行？
热力学能和总能
热力学能
系统储存能
总能
内部储存能
外部储存能
取决于系统本身的状 与外力场的相互作用 态，与分子结构与微 （位能），宏观运动 观运动形式有关(核能、 能量（宏观动能） 化学能、内热能)
热力学能的导出
考察闭口系热力循环1-a-2-c-1，
p1
循环过程中工质从外界吸收热量，
b
对外界输出功，完成循环后又回复 到初态，根据热力学第一定律：
的应用。
热功当量
Q AJW
热功当量表明热能和机械能相互转化时的当量关系，与
能量转化时的条件无关，仅仅决定于热和功所用的单位。
热量单位 J kcal
kJ kJ kcal kcal
功的单位 J kgf·m kwh hph kwh hph
热功当量 1 1/427 3600 2646 860 632
注意单位
传热
系 传功 外
统
界
传质
3.随物质流传递的能量——开口系统
包括储存能和推 动功两部分
随物质流传递的能量
1.储存能
工质储存的能量依附于工质，随工质的流动而传递
e u 1 c2 gz
2
A
2.流动功（推动功）
p
为推动流体通过控制体界面而传 p V
递的机械功，是维持流体正常流动
所必须传递的能量。
dl
Q AJW 功
热 热功当量
热一律的理论基础与实质
热能的本质：热能是组成物质的分子、原子等微粒的杂 乱运动的能量，微粒的杂乱运动叫做热运动。
既然热能和机械能都是物质的运动，那么热能和机械能 的相互转化实质上是物质由一种运动形态转变为另一种 源自文库动形态，转化时的总能量守恒则是理所当然的。
热力学第一定律的实质： 热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上
热力学能
分子动能
移动 translation 转动 rotation 振动 vibration
分子位能 binding forces
化学能 chemical energy
核能 nuclear energy
外部储存能（macroscopic forms of energy）
1.宏观动能
Ek
1 mc2 2
工程热力学
Engineering Thermodynamics
第三章 热力学第一定律
热力学第一定律的实质 热力学能与总能 系统与外界传递的能量 闭口系统能量方程 开口系统能量方程 开口系统稳态稳流能量方程 稳态稳流能量方程的应用
热力学第一定律
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics）： “热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时 候，它们间的比值是一定的。” “热可变为功，功也可变为热，一定量的热消失时，必 产生一定量的功，消耗一定量的功时，必出现与之相应 的一定量的热。”
p
根据热力学第一定律，对每个过程
3 4
建立能量方程：
q12 u2 u1 w12
2
1
q23 u3 u2 w23
v
q34 u4 u3 w34
q41 u1 u4 w41
回到初态 du 0
q12 q23 q34 q41 w12 w23 w34 w41
q w
第一类永动机不可能实现
则系统为绝热闭口系。
Refrigerator Icebox
Wf = p A dl = pV wf= pv
流动功是一种特殊的功，大小取 决于控制体进出口界面的热力状 态，与热力过程无关。
对流动功的理解
1.与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在 2.作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
3.Wf＝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（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
a c
2
V
积分是否与路径无关
状态参数的积 分特征
热力学能是状态参数
对循环1-a-2-c-1，有：
(Q W ) (Q W ) 0
1a 2
2c1
对循环1-b-2-c-1，有：
(Q W ) (Q W ) 0
1b 2
2c1
(Q W ) (Q W )
1a 2
1b 2
p1
b
a c
2
V
与路径无关
用dU表示
是某状态函数的全微分
热力学能的物理意义
dU = Q - W
Q
W
dU 代表某微元过程中系统通过边界交换的 微热量与微功量两者之差值，也即系统内部能量 的变化。
U 代表储存于系统内部的能量 内储存能（内能、热力学能）
• 内能总以变化量出现，内能零点人为定
热力学能的微观组成
热力状态的 单值函数， 与路径无关
2.重力位能
Ep mgz
外部存储能 机械能
系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U Ek E p
E U 1 mc2 mgz 2
比总能
e u 1 c2 gz 2
系统与外界传递的能量
1.热量：在温差作用下与外界传递 的能量（实际，热量学）
2.功量：除温差外的其它不平衡势 差所引起的系统与外界之 间传递的能量。
闭口系统能量方程
闭口系统，没有物质交换，能 量传递只有热量和功两种形式。
Q
W
系统总能变化＝传入的热量－输出的功
E Q W
E U Ek Ep 动能与位能不发生变化
dU Q W
Q dU W
适用于任何工质、任何过程 q du w
热一律在循环过程中的应用
闭口系统，热力循环1-2-3-4-1
可理解为：由于工质的进出，外界与系统之间所传递 的一种机械功，表现为流动工质进出系统时所携带和 所传递的一种能量
焓及其物理意义
流动工质传递的能量：
e u 1 c2 gz pv u pv 1 c2 gz
2
2
定义为焓h h＝u+pv H＝U+pV
取决于物质的热 力状态
焓是流动工质传递的总能量中取决于热力状态的部分， 如果动能和位能可以忽略，则焓代表随流动工质传递的 总能量
理想气体热力学能变化计算
定容过程 理想气体
qv
u
duv
f T
cv dTv
cv
du dT
cv
u T v
定值比热
2
du cvdT 或 u 1 cvdT
Cv 平均比热 真实比热
混合气体
n
U Ui i 1
n
mu miui i 1
n
u giui i 1
例题
门窗紧闭的房间内有一台运行的电冰 箱，若敞开冰箱门就有一股凉气扑面， 有人就想通过敞开冰箱大门达到降低 室温的目的，请用热力学第一定律分 析此方法是否可行？
热力学能和总能
热力学能
系统储存能
总能
内部储存能
外部储存能
取决于系统本身的状 与外力场的相互作用 态，与分子结构与微 （位能），宏观运动 观运动形式有关(核能、 能量（宏观动能） 化学能、内热能)
热力学能的导出
考察闭口系热力循环1-a-2-c-1，
p1
循环过程中工质从外界吸收热量，
b
对外界输出功，完成循环后又回复 到初态，根据热力学第一定律：
的应用。
热功当量
Q AJW
热功当量表明热能和机械能相互转化时的当量关系，与
能量转化时的条件无关，仅仅决定于热和功所用的单位。
热量单位 J kcal
kJ kJ kcal kcal
功的单位 J kgf·m kwh hph kwh hph
热功当量 1 1/427 3600 2646 860 632
注意单位
传热
系 传功 外
统
界
传质
3.随物质流传递的能量——开口系统
包括储存能和推 动功两部分
随物质流传递的能量
1.储存能
工质储存的能量依附于工质，随工质的流动而传递
e u 1 c2 gz
2
A
2.流动功（推动功）
p
为推动流体通过控制体界面而传 p V
递的机械功，是维持流体正常流动
所必须传递的能量。
dl
Q AJW 功
热 热功当量
热一律的理论基础与实质
热能的本质：热能是组成物质的分子、原子等微粒的杂 乱运动的能量，微粒的杂乱运动叫做热运动。
既然热能和机械能都是物质的运动，那么热能和机械能 的相互转化实质上是物质由一种运动形态转变为另一种 源自文库动形态，转化时的总能量守恒则是理所当然的。
热力学第一定律的实质： 热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上
热力学能
分子动能
移动 translation 转动 rotation 振动 vibration
分子位能 binding forces
化学能 chemical energy
核能 nuclear energy
外部储存能（macroscopic forms of energy）
1.宏观动能
Ek
1 mc2 2
工程热力学
Engineering Thermodynamics
第三章 热力学第一定律
热力学第一定律的实质 热力学能与总能 系统与外界传递的能量 闭口系统能量方程 开口系统能量方程 开口系统稳态稳流能量方程 稳态稳流能量方程的应用
热力学第一定律
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics）： “热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时 候，它们间的比值是一定的。” “热可变为功，功也可变为热，一定量的热消失时，必 产生一定量的功，消耗一定量的功时，必出现与之相应 的一定量的热。”
p
根据热力学第一定律，对每个过程
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建立能量方程：
q12 u2 u1 w12
2
1
q23 u3 u2 w23
v
q34 u4 u3 w34
q41 u1 u4 w41
回到初态 du 0
q12 q23 q34 q41 w12 w23 w34 w41
q w
第一类永动机不可能实现