第2章 热力学第一定律 2．1系统的储存能
系统的储存能的构成：内部储存能+外部储存能 一．内能
热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和，单位质量工质所具有的内能，称为比内能，简称内能。U=mu
内能=分子动能+分子位能 分子动能包括：
1．分子的移动动能 2.分子的转动动能 3.分子内部原子振动动能和位能 分子位能：克服分子间的作用力所形成
u=f (T,V) 或u=f (T,P) u=f (P,V) 注意: 内能是状态参数. 特别的: 对理想气体u=f (T) 问题思考: 为什么? 二 外储存能：
系统工质与外力场的相互作用（如重力位能）及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量（宏观动能）。 宏观动能：Ek?12mc
g—重力加速度。
2重力位能：Ep?mgz 式中 三 系统总储存能：
E?U?Ek?Ep
或E?U?12mc2?mgz e?u?12c2?gz
2．2 系统与外界传递的能量
与外界热源,功源,质源之间进行的能量传递 一、热量
在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。 系统吸热热量为正，系统放热热量为负。 单位：kJ kcal l kcal=4.1868kJ
特点: 热量是传递过程中能量的一种形式，热量与热力过程有关,或与过程的路径有关. 二、功
除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量. 1．膨胀功W：在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。 单位：l J=l Nm
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。 膨胀功是热变功的源泉
2 轴功Ws:
通过轴系统与外界传递的机械功
注意: 刚性闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换 三、随物质传递的能量
1．流动工质本身具有的能量
E?U?12mc2?mgz
2． 流动功(或推动功)：
维持流体正常流动所必须传递量，是为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.
推动1kg工质进、出控制体所必须的功
wf?p2v2?p1v1
注意: 流动功仅取决于控制体进出口界面工质的热力状态。流动功是由泵风机等提供 思考：与其它功区别 四、焓的定义：
焓=内能+流动功 对于m千克工质：
H?U?pV
对于1千克工质：h=u+ p v 五、焓的物理意义：
对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量. 对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数 思考为什么：特别的对理想气体 h= f (T) 2．3 闭口系统能量方程 一、能量方程表达式
?U?Q?W 适用于mkg质量工质 ?u?q?w 1kg质量工质
注意: 该方程适用于闭口系统、任何工质、任何过程。
由于反映的是热量、内能、膨胀功三者关系，因而该方程也适用于开口系统、任何工质、任何过程.
2特别的: 对可逆过程 ?u?q??pdv
1思考为什么？
二、.循环过程第一定律表达式
??q???w
结论: 第一类永动机不可能制造出来 思考：为什么
三、理想气体内能变化计算
由?qv?duv?cvdT得：
2du?cvdT，?u??cvdT
1适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
或： ?u?cv(T2?T1)
用定值比热计算
?u??cvdt??cvdt??cvdt?cvmt100t2t2t1t20?t2?cvmt10?t1
用平均比热计算
cv?f?T?的经验公式代入?u??cvdT积分。
1nn2理想气体组成的混合气体的内能： U?U1?U2???Un??Ui??miui
i?1i?12．4 开口系统能量方程
由质量守恒原理：
进入控制体的质量一离开控制体的质量=控制体中质量的增量 能量守恒原理：
进入控制体的能量一控制体输出的能量=控制体中储存能的增量 设控制体在d?时间内: 进入控制体的能量=?Q?(h1?12c1?gz1)?m1 12c2?gz2)?m2
22离开控制体的能量=?WS?(h2?控制体储存能的变化dE代入后得到:
cv?(E?dE)cv?Ecv
?Q??WS?(h2?12c2?gz2)?m2?(h1?212c1?gz1)?m1+dEcv
2注意:本方程适用于任何工质，稳态稳流、不稳定流动的一切过程,也适用于闭口系统 2．5 开口系统稳态稳流能量方程 一 稳态稳流工况
工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化，称稳态稳流工况。
条件：1.符合连续性方程
2.系统与外界传递能量，收入=支出，且不随时间变化
?q?dh?12dc?gdz??ws
2适用于任何工质，稳态稳流热力过程 二 技术功
在热力过程中可被直接利用来作功的能量，称为技术功。 技术功=膨胀功+流动功
wt?w?p1v1?p2v2
特别的：对可逆过程：
2wt???vdp
1思考：为什么？注意：技术功是过程量 公式：dh??q??ws
适用于任何工质稳态稳流过程，忽略工质动能和位能的变化。 三、理想气体焓的计算
对于理想气体 h?u?RT?f?T?
2dh?cpdT，?h??cpdT
1适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程
?h?cp(T2?T1)
适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程， 用定值比热计算
?h??cpdt??cpdt??cpdt?cpmt100t2t2t1t20?t2?cpmt10?t1
用平均比热计算
把
cp?fT?的经验公式代入?h??cpdT积分。
12思考题：
1．门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗?
2. 既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢? 3．对工质加热，其温度反而降低，有否可能？
4．对空气边压缩边进行冷却，如空气的放热量为1kJ，对空气的压缩功为6kJ，则此过程中空气的温度是升高，还是降低。
5．空气边吸热边膨胀，如吸热量Q=膨胀功，则空气的温度如何变化。 6．讨论下列问题：
1) 气体吸热的过程是否一定是升温的过程。 2) 气体放热的过程是否一定是降温的过程。
3) 能否以气体温度的变化量来判断过程中气体是吸热还是放热。
7．试分析下列过程中气体是吸热还是放热(按理想气体可逆过程考虑)
1) 压力递降的定温过程。 2) 容积递减的定压过程。
3) 压力和容积均增大两倍的过程。
第3章 气体和蒸汽的性质 3．1 理想气体状态方程 一、理想气体与实际气体
定义：气体分子是一些弹性的，忽略分子相互作用力，不占有体积的质点, 注意：当实际气体p→0 v→?的极限状态时，气体为理想气体。 二、理想气体状态方程的导出
状态方程的几种形式 1．
pv?RT 适用于1千克理想气体。
Pa
m3/kg， T—热力学温度 K
式中：p—绝对压力 2．
v—比容
pV?mRT 适用于m千克理想气体。
式中V—质量为mkg气体所占的容积 3．
pVM?R0T 适用于1千摩尔理想气体。
式中VM=Mv—气体的摩尔容积，m3/kmol； R0=MR—通用气体常数， J/kmol〃K
4．
pV?nR0T 适用于n千摩尔理想气体。
式中V—nKmol气体所占有的容积，m3；n—气体的摩尔数，n?mM，kmol
5．
P1v1T1P1V1T1?P2v2T2P2V2T2
6． ? 仅适用于闭口系统
3．2 理想气体的比热 一、比热的定义与单位
定义：单位物量的物体，温度升高或降低1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体比热。
c?单位：式中
?qdT
c—质量比热，kJ/Kg〃k
c'—容积比热，kJ/m3〃k
Mc—摩尔比热，kJ/Kmol〃k
c'?换算关系：
Mc22.4?c?0
注意：比热不仅取决于气体的性质，还于气体的热力过程及所处的状态有关。 二、定容比热和定压比热 定容比热：cv??qvdT?duv??u???? dT?T??v表示：明单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量．