《工程热力学》课程教学资源（PPT课件）第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics

第二章热力学第一定律First law of thermodynamics

第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics

2一1热力学第一定律的实质19世纪30-40年代，迈尔、焦耳等发现并确定了能量转换与守恒定律。恩格斯将这列为19世纪三大发现之一（细胞学说、达尔文进化论）。能量转换与守恒定律指出：一切物质都具有能量能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形式，而在转换中，总能量恒定不变。至今为止，没有一个人提出一个事实不符合这条自然规律的，相反，在各个领域：天文、地理、生物化学、电磁光、宏观、微观各领域都遵循这条规律。热力学是研究能量及其特性的科学，它必然要遵循这条规律

2－1 热力学第一定律的实质 19世纪30-40年代，迈尔、焦耳等发现并确定了能 量转换与守恒定律。恩格斯将这列为19世纪三大发现 之一（细胞学说、达尔文进化论）。 能量转换与守恒定律指出：一切物质都具有能量。 能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一定的条 件下从一种形式转变为另一种形式，而在转换中，总 能量恒定不变。 至今为止，没有一个人提出一个事实不符合这条 自然规律的，相反，在各个领域：天文、地理、生物、 化学、电磁光、宏观、微观各领域都遵循 这条规律。 热力学是研究能量及其特性的科学，它必然要遵循这 条规律

热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应用，它确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。>在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机械能之间的相互转换与守恒，因此热力学第一定律可表述为：热可以变为功，功也可以变为热在相互转变时能的总量是不变的。根据热力学第一定律，为了获得机械能，则必须花费热能或其他形式能量，第一类永动机是不可能实现的

➢ 热力学第一定律是能量守恒与转换定律在 热力学中的应用，它确定了热力过程中各种能量 在数量上的相互关系。 ➢ 在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机 械能之间的相互转换与守恒，因此热力学第一定 律可表述为：热可以变为功，功也可以变为热， 在相互转变时能的总量是不变的。 ➢ 根据热力学第一定律，为了获得机械能，则 必须花费热能或其他形式能量，第一类永动机 是不可能实现的

2一2热力学能和总能能量是物质运动的度量，运动有各种不同的形态，相应的就有各种不同的能量。系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能与外部储存能之分。系统的内部储存能即为热力学能，又称为内能

2－2 热力学能和总能 ➢ 能量是物质运动的度量，运动有各种不同的 形态，相应的就有各种不同的能量。 ➢ 系统储存的能量称为储存能，它有内部储存 能与外部储存能之分。系统的内部储存能即 为热力学能，又称为内能

一、热力学能（内能）热力学能是储存在系统内部的能量，它与系统内工质的内部粒子的微观运动和粒子的空间位置有关，是下列各种能量的总和：分子热运动形成的内动能。它是温度的函数分子间相互作用形成的内位能。它是比体积和温度的函数。维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能及电磁场作用下的电磁能等

一、热力学能(内能) 热力学能是储存在系统内部的能量，它与系 统内工质的内部粒子的微观运动和粒子的空 间位置有关，是下列各种能量的总和： ✓ 分子热运动形成的内动能。它是温度的函数。 ✓ 分子间相互作用形成的内位能。它是比体积和 温度的函数。 ✓ 维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原 子能及电磁场作用下的电磁能等

热力学能：符号：U法定计量单位：焦耳（J）比热力学能：（1kg物质的热力学能）符号：u单位：J/kg热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数：AU-dU-U-UdU=0

热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数：   =  = = − 0 2 1 2 1 dU U dU U U 热力学能： 符号：U 法定计量单位：焦耳（J） 比热力学能：（1kg物质的热力学能） 符号：u 单位：J/kg

（ch1）：热力学能和热量的区别口一段保温良好的管道，可视为开口绝热系注意，这里交换的能量是以被交换的物质所携带的热力学能的形式出现的，而不是热量

热力学能和热量的区别（ch1）：  一段保温良好的管道，可视为开口绝热系。 注意，这里交换的能量是以被交换的物质所 携带的热力学能的形式出现的，而不是热量

二、外部储存能需要用系统外的参考坐标系测量的参数来表示的能量，称为外部储存能，它包括系统的宏观动能和重力位能宏观动能：Ek=mc--2E.:重力位能：=mgzS

二、外部储存能 需要用系统外的参考坐标系测量的参数 来表示的能量，称为外部储存能，它包括系 统的宏观动能和重力位能： 2 2 1 Ek = mcf E mgz 重力位能： p = 宏观动能：

宏观动能与内动能的区别分子的微观动能（不能推动叶轮）大坝宏观动餐推动叶轮

宏观动能与内动能的区别

（简称总能）三、系统的总储存能U热力学能Ek十宏观动能十宏观位能EpE系统的储存能即E=U+E,+Ep

系统的储存能 热力学能 宏观动能 宏观位能 U Ek EP E E U E E = + +k P + 即 三、系统的总储存能（简称总能） +