第3章 热力学第一定律
本章基本要求
深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义
理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别
本章重点
熟练应用热力学第一定律解决具体问题
热力学第一定律的实质: 能量守恒与转换定律在热力学中的应用
收入-支出=系统储能的变化
第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机。
3．1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
3．2 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。
规定:
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W :
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
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
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
焓的定义：焓=内能+流动功
对于m千克工质：
对于1千克工质：h=u+ p v
焓的物理意义：
1． 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.
2． 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)
3．3 闭口系统能量方程
一、能量方程表达式
二、.循环过程第一定律表达式
结论: 第一类永动机不可能制造出来 思考：为什么
3．4 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
3．5 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。
3．6 稳态稳流能量方程的应用
1．动力机：利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备。
2．压气机：消耗轴功使气体压缩以升高其压力的设备
3．热交换器
本章总结
1．必须学会并掌握应用热力学第一定律进行解题的方法，步骤如下：
1）根据需要求解的问题，选取热力系统。
2）列出相应系统的能量方程
3）利用已知条件简化方程并求解
4）判断结果的正确性
2．深入理解热力学第一定律的实质，并掌握其各种表达式（能量方程）的使用对象和应用条件。
3．切实理解热力学中功的定义，掌握各种功量的含义和计算，以及它们之间的区别和联系，切实理解热力系能量的概念，掌握各种系统中系统能量增量的具体含义。
4． 本章学习中，要更多注意在稳态稳定流动情况下，适用于理想气体和可逆过程的各种公式的理解与应用。
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。
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