工程熱力學：4-熱力學第一定律1

1、The First Law Of Thermodynamics第二章 熱力學第一定律第二章 熱力學第一定律2-1. 第一定律的建立2-2. 閉口系的能量方程2-3. 開口系的質量守恒方程2-4. 開口系的能量方程2-5. 能量方程的應用2-1. 第一定律的建立熱力學第一定律實際上包含熱現象在內的能量守恒與轉換定律 自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，它能從一種形式轉化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉化和傳遞中能量的數值不變1564-1642意大利惠更斯（Huygens )1669萊布尼茲（Galileo )1686德國1738丹尼爾.伯努利（Daniel Bernoul

2、li )彭塞利1829法國擺、斜面彈性碰撞守恒薩迪.卡諾1796-1832法國活力力x路程重量x高度=機器功效法國1792-1843科里奧利術語“功”伽利略（Galileo )“活力守恒”思想的發(fā)展5z勢能增量機械能守恒x12y合力功z12yx動能增量6壓力勢能伯努利方程（不可壓流體）zyx壓力功7數學推導zyx 熱質說的失敗改變了對熱的認識熱質說:熱是一種特殊的物質，稱為“熱質（Caloric）”。熱質由沒有重量的微細粒子組成，可以從一個物體流向另一個物體，其數量是守恒的。熱質的粒子互相排斥，從而物體具有熱脹的性質。1783法國拉瓦錫15世紀-18世紀 培根、胡克、牛頓、羅蒙諾索夫、熱動說：

3、熱是組成物質的微觀粒子運動的表現，它可以由物質的機械運動轉化而來。熱質說佯謬1797倫福德Rumford慕尼黑兵工廠大炮鏜鉆孔，發(fā)現摩擦可以無休止的產生熱量英國1799戴維H.Davy英國兩塊冰摩擦實驗永動機夢想的破滅促使考慮能量關系熱力學第一定律另一說法：第一類永動機是不可能制成的 從十三世紀的法國人享內考提出第一個永動機方案到后來種種方案都以失敗而告，以致法國科學院在1775年聲明：本科學院以后不再審查有關永動機的一切設計。如果永動機不成立，能量之間應滿足什么關系？量熱學的發(fā)展提供了實驗手段1593伽利略 溫度計1702阿蒙頓 空氣溫度計1724華倫海特 華氏溫標1742攝爾修斯 攝氏溫標

4、荷蘭瑞典意大利1780J.Black布萊克英國發(fā)現熱的強度（溫度）和熱的數量（熱量）不同，他和他的學生后來正式提出了比熱、熱容量、潛熱（Latent heat）等概念。蒸汽機的發(fā)展需要熱力學理論1769英國瓦特加了冷凝器1807富爾頓美國應用于輪船1825用于火車1785應用于紡織為蒸汽機的進一步發(fā)展，迫切需要研究熱、功、能量間的關系，以提高熱機效率。 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 小醫(yī)生與啤酒匠發(fā)現科學新理德國邁耶1840印度尼西亞 產生思想1842論自然力（即能）守恒的論文同一單位不同單位小醫(yī)生與啤酒匠發(fā)現科學新理James rescottJoule

5、1818-1889英國焦耳18411847熱功當量實驗儀1849論熱功當量焦耳的實驗裝置James rescottJoule 1818-1889焦耳實驗的結果 ：40年400多次熱功當量 J = 4.1868 kJ/kcal 絕熱功與路徑無關熱是與功等效的傳遞能量N.mcal17y曲線積分與路徑無關問題x12四個等價命題勢函數18對系統(tǒng)作功絕熱熱力學第一定律的建立又由焦耳實驗=+路徑無關內能方程內能定理19熱力學第一定律的建立=+機械能守恒總能方程一般情況動內勢電磁與物質種類無關與物種有關熱力學第一定律外參數內參數內參數：與坐標系無關外參數：與坐標系有關 熱力學能是儲存能，狀態(tài)函數，廣延量，用

6、符號 U 表示，其絕對值無法測定，只能求出它的變化值。熱力學能（內能）的特點 熱力學能零點人為定 熱力學能是由微觀粒子的動、勢能構成微觀粒子的動能分子移動分子轉動分子振動電子移動電子自旋原子核自旋氣體占主固體占主微動能對溫度有貢獻微觀粒子的勢能氣體固體共價鍵離子鍵核鍵分子間力分子間力（強）分子間引力（弱）化學鍵力核鍵力微勢能對溫度和比體積有貢獻24熱力學能（內能）的微觀意義內動能內位能化學能核能熱力學能 U熱能相變位能非相變位能比參數型 ( )/m2-2. 閉口系的能量方程（總能方程）容積功（變形功 )壓差功（剛體功 )壓力功壓力勢能動勢能比焓可逆、不可逆初終平衡 微元過程比參數型 ( )/m

7、2-2. 閉口系的能量方程（內能方程）循環(huán)可逆（簡單可壓縮）準靜態(tài)不可逆功熱力學第一解析式與第二解析式熱力學第一解析式可逆可逆技術功變形功（靜態(tài)功）熱力學第二解析式熱力學第一解析式與第二解析式熱力學第一解析式可逆可逆熱力學第二解析式=面積12ba一般處于非平衡非均勻態(tài)，微元處于局部平衡狀態(tài) 強度量 廣延量 比參數局部狀態(tài)內參數滿足簡單可壓縮物質狀態(tài)公理開口系的基本假定進出口局部區(qū)域態(tài)函數均布開口系的基本假定 進口體積流量面積速度 進口壓力進出口有無熱量熱一律可用于局部平衡系統(tǒng)單位時間進入系統(tǒng)的質量 離開系統(tǒng)的質量 = 系統(tǒng)質量的變化無核反應單位時間通過進出口斷面的質量流量多進出口求和 控制體內

8、系統(tǒng)的質量2-3. 開口系的質量守恒方程2-4. 開口系的能量方程流動能推動功時段閉口系2-4. 開口系的能量方程流動功推動功單位質量推動功(壓能)dt時段能差功熱比焓2-4. 開口系的能量方程狀態(tài)量焓多進出口開口系穩(wěn)定流能量方程穩(wěn)定流定義： 強度量 廣延量實現條件：不隨時間變質量守恒方程任意進出口開口系穩(wěn)定流能量方程穩(wěn)定流單進出口37穩(wěn)定流動能量方程(積分型)單進出口質量守恒方程穩(wěn)定流能量守恒方程單進出口穩(wěn)定開口系可逆過程能量方程技術功狀態(tài)與達到狀態(tài)路徑無關可逆作業(yè) 習題 23，24 ，25 思考題 21，25, 26, 2840判斷正誤8.質量一定是狀態(tài)量9.流量是狀態(tài)量7.開口系一般為非平衡態(tài)不存在狀態(tài)方程4. 內能是過程函數1 壓力作功與路徑有關只能用于準靜態(tài)過程2. 式中的功包括重力功、容積功、摩擦功，剛體移動功。等等6.熱量可以通過開口系進出口流入和流出系統(tǒng)3.