热力学第一定律3-热力学能-闭口系能量方程

热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics热力学第一定律的本质

1909年，C.Caratheodory最后完善热一律本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用

18世纪初，工业革命，热效率只有1%

1842年，J.R.Mayer阐述热一律，但没有

引起重视

1840-1849年，Joule用多种实验的一致性证明热一律，于1850年发表并得到公认ConservationofenergyOneofthemostfundamentallawsofnature“Duringaninteraction,energycanchangefromoneformtoanotherbutthetotalamountofenergyremainsconstant”Energycannotbecreatedordestroyed焦耳实验1、重物下降，输入功，绝热容器内气体T

2、绝热去掉，气体T

，放出热给水，T

恢复原温。焦耳实验水温升高可测得热量，

重物下降可测得功热功当量1cal=4.1868kJ工质经历循环:Mechanicalequivalentofheat

Q=

W闭口系循环的热一律表达式要想得到功，必须化费热能或其它能量热一律又可表述为“第一类永动机是不可能制成的”Perpetual–motionmachineofthefirstkind

Q=

WQPerpetual–motionmachineofthefirstkind锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器WnetQout电加热器热一律的推论热力学能热力学能的导出闭口系循环Internalenergy

Q=

W(

Q-

W)=0热力学能的导出对于循环1a2c1对于循环1b2c1状态参数pV12abc(

Q-

W)=0热力学能及闭口系热一律表达式定义dU=

Q-

W

热力学能U

状态函数

Q=dU+WQ=U+W闭口系热一律表达式！！！两种特例

绝功系

Q=dU

绝热系

W=-dU热力学能U的物理意义dU=

Q-

W

W

QdU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

热力学能（内能）热力学能的微观组成分子动能分子位能bindingforces化学能chemicalenergy核能nuclearenergy热力学能microscopicformsofinternalenergy

移动translation转动rotation振动vibration系统总能totalenergy外部储存能macroscopicformsofenergy宏观动能kinetic

Ek=mc2/2宏观位能potential

Ep=mgz机械能系统总能E=U+Ek+Epe=u+ek+ep一般与系统同坐标，常用U,dU,u,du热力学能的说明

热力学能是状态量statepropertyU:广延参数[kJ]

u

:比参数

[kJ/kg]

热力学能总以变化量出现，热力学能零点人为定热一律的文字表达式热一律:能量守恒与转换定律=进入系统的能量离开系统的能量系统内部储存能量的变化-TotalenergyenteringthesystemTotalenergyleaving

thesystemChangeinthetotalenergyofthesystem=-闭口系能量方程

W

Q一般式

Q=dU+W

Q=U+W

q=du+w

q=u+w单位工质适用条件：1）任何工质2)任何过程EnergybalanceforclosedsystemPointfunction---Exactdifferentials---dPathfunction---Inexactdifferentials---

闭口系能量方程中的功功（

w）

是广义功GeneralizedWork

闭口系与外界交换的功量

q=du+w准静态容积变化功pdv拉伸功

w拉伸=-

dl表面张力功w表面张力=-

dA

w=pdv-

dl-

dA+…...准静态和可逆闭口系能量方程简单可压缩系准静态过程

w=pdv简单可压缩系可逆过程

q=Tds

q=du+pdvq=u+pdv热一律解析式之一Tds=du+pdv

Tds=u+pdv门窗紧闭房间用电冰箱降温以房间为系统

绝