第3章 熱力學第一定律
本章基本要求
深刻理解熱量、儲存能、功的概念，深刻理解內能、焓的物理意義
理解膨脹（壓縮）功、軸功、技術功、流動功的聯系與區別
本章重點
熟練應用熱力學第一定律解決具體問題
熱力學第一定律的實質: 能量守恒與轉換定律在熱力學中的應用
收入-支出=系統儲能的變化
第一類永動機：不消耗任何能量而能連續不斷作功的循環發動機。
3．1系統的儲存能
系統的儲存能的構成：內部儲存能+外部儲存能
一．內能
熱力系處于宏觀靜止狀態時系統內所有微觀粒子所具有的能量之和，單位質量工質所具有的內能，稱為比內能，簡稱內能。U=mu
內能=分子動能+分子位能
分子動能包括：
1．分子的移動動能 2。分子的轉動動能.
3．分子內部原子振動動能和位能
分子位能：克服分子間的作用力所形成
3．2 系統與外界傳遞的能量
與外界熱源,功源,質源之間進行的能量傳遞
一、熱量
在溫差作用下,系統與外界通過界面傳遞的能量。
規定:
系統吸熱熱量為正，系統放熱熱量為負。
單位：kJ kcal l kcal=4.1868kJ
特點: 熱量是傳遞過程中能量的一種形式，熱量與熱力過程有關,或與過程的路徑有關.
二、功
除溫差以外的其它不平衡勢差所引起的系統與外界傳遞的能量.
1．膨脹功W：在力差作用下，通過系統容積變化與外界傳遞的能量。
單位：l J=l Nm
規定: 系統對外作功為正，外界對系統作功為負。
膨脹功是熱變功的源泉
2 軸功W :
通過軸系統與外界傳遞的機械功
注意: 剛性閉口系統軸功不可能為正，軸功來源于能量轉換
三、隨物質傳遞的能量
1．流動工質本身具有的能量
2． 流動功(或推動功)：維持流體正常流動所必須傳遞量，是為推動流體通過控制體界面而傳遞的機械功.
推動1kg工質進、出控制體所必須的功
注意: 流動功僅取決于控制體進出口界面工質的熱力狀態。流動功是由泵風機等提供
思考：與其它功區別
焓的定義：焓=內能+流動功
對于m千克工質：
對于1千克工質：h=u+ p v
焓的物理意義：
1． 對流動工質(開口系統)，表示沿流動方向傳遞的總能量中，取決于熱力狀態的那部分能量.
2． 對不流動工質(閉口系統)，焓只是一個復合狀態參數
思考為什么：特別的對理想氣體 h= f (T)
3．3 閉口系統能量方程
一、能量方程表達式
二、.循環過程第一定律表達式
結論: 第一類永動機不可能制造出來 思考：為什么
3．4 開口系統能量方程
由質量守恒原理：
進入控制體的質量一離開控制體的質量=控制體中質量的增量
能量守恒原理：
進入控制體的能量一控制體輸出的能量=控制體中儲存能的增量
3．5 開口系統穩態穩流能量方程
一． 穩態穩流工況
工質以恒定的流量連續不斷地進出系統，系統內部及界面上各點工質的狀態參數和宏觀運動參數都保持一定，不隨時間變化，稱穩態穩流工況。
3．6 穩態穩流能量方程的應用
1．動力機：利用工質在機器中膨脹獲得機械功的設備。
2．壓氣機：消耗軸功使氣體壓縮以升高其壓力的設備
3．熱交換器
本章總結
1．必須學會并掌握應用熱力學第一定律進行解題的方法，步驟如下：
1）根據需要求解的問題，選取熱力系統。
2）列出相應系統的能量方程
3）利用已知條件簡化方程并求解
4）判斷結果的正確性
2．深入理解熱力學第一定律的實質，并掌握其各種表達式（能量方程）的使用對象和應用條件。
3．切實理解熱力學中功的定義，掌握各種功量的含義和計算，以及它們之間的區別和聯系，切實理解熱力系能量的概念，掌握各種系統中系統能量增量的具體含義。
4． 本章學習中，要更多注意在穩態穩定流動情況下，適用于理想氣體和可逆過程的各種公式的理解與應用。
思考題：
1．門窗緊閉的房間內有一臺電冰箱正在運行,若敞開冰箱的大門就有一股涼氣撲面,感到涼爽。于是有人就想通過敞開冰箱大門達到降低室內溫度的目的,你認為這種想法可行嗎?
2. 既然敞開冰箱大門不能降溫，為什么在門窗緊閉的房間內安裝空調器后卻能使溫度降低呢?
3．對工質加熱，其溫度反而降低，有否可能？
4．對空氣邊壓縮邊進行冷卻，如空氣的放熱量為1kJ，對空氣的壓縮功為6kJ，則此過程中空氣的溫度是升高，還是降低。
5．空氣邊吸熱邊膨脹，如吸熱量Q=膨脹功，則空氣的溫度如何變化。
6．討論下列問題：
1) 氣體吸熱的過程是否一定是升溫的過程。
2) 氣體放熱的過程是否一定是降溫的過程。
3) 能否以氣體溫度的變化量來判斷過程中氣體是吸熱還是放熱。
7．試分析下列過程中氣體是吸熱還是放熱(按理想氣體可逆過程考慮)
1) 壓力遞降的定溫過程。
2) 容積遞減的定壓過程。
3) 壓力和容積均增大兩倍的過程。
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