1、1可逆過(guò)程( reversible process) 定義：系統(tǒng)可經(jīng)原途徑返回原來(lái)狀 態(tài)而在外界不留下任何變化 的過(guò)程?？赡孢^(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的關(guān)系非準(zhǔn)靜態(tài)不可逆準(zhǔn)靜態(tài)可逆單純傳熱過(guò)程2功(work)的定義和可逆過(guò)程的功 1功的力學(xué)定義 2功的熱力學(xué)定義：通過(guò)邊界傳遞的能量其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。3可逆過(guò)程功的計(jì)算功是過(guò)程量功可以用p-v圖上過(guò)程線與v軸包圍的面積表示功和熱量 3 系統(tǒng)對(duì)外作功為“+”外界對(duì)系統(tǒng)作功為“-”5功和功率的單位：附：4功的符號(hào)約定：4熱量（heat）1定義：僅僅由于溫差而 通過(guò)邊界傳遞的能量。2符號(hào)約定：系統(tǒng)吸熱“+”； 放熱“-”3單位： 4計(jì)算式及狀態(tài)參數(shù)圖熱

2、量是過(guò)程量（T-s圖上）表示5熱量與功的異同： 1.均為通過(guò)邊界傳遞的能量； 3.功傳遞由壓力差推動(dòng)，比體積變化是作功標(biāo)志； 熱量傳遞由溫差推動(dòng)，比熵變化是傳熱的標(biāo)志； 4.功是物系間通過(guò)宏觀運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用傳遞的能量； 熱是物系間通過(guò)紊亂的微粒運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用而傳遞的能量。功2.均為過(guò)程量；熱是無(wú)條件的；熱功是有條件、限度的。The First Law Of Thermodynamics第二章 熱力學(xué)第一定律第二章 熱力學(xué)第一定律2-1. 第一定律的建立2-2. 閉口系的能量方程2-3. 開口系的質(zhì)量守恒方程2-4. 開口系的能量方程2-5. 能量方程的應(yīng)用2-1. 第一定律的建立熱力學(xué)第一

3、定律實(shí)際上包含熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律 自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，它能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞中能量的數(shù)值不變機(jī)械能守恒來(lái)源于“活力守恒”1564-1642意大利惠更斯（Huygens )1669萊布尼茲（Galileo )1686德國(guó)1738丹尼爾.伯努利（Daniel Bernoulli )彭塞利1829法國(guó)擺、斜面彈性碰撞守恒薩迪.卡諾1796-1832法國(guó)活力力x路程重量x高度=機(jī)器功效法國(guó)1792-1843科里奧利術(shù)語(yǔ)“功”伽利略（Galileo )10z勢(shì)能增量機(jī)械能守恒x12y合力功z12yx動(dòng)能增量熱質(zhì)說(shuō)的失

4、敗改變了對(duì)熱的認(rèn)識(shí)熱質(zhì)說(shuō):熱是一種特殊的物質(zhì)，稱為“熱質(zhì)（Caloric）”。熱質(zhì)由沒有重量的微細(xì)粒子組成，可以從一個(gè)物體流向另一個(gè)物體，其數(shù)量是守恒的。熱質(zhì)的粒子互相排斥，從而物體具有熱脹的性質(zhì)。1783法國(guó)拉瓦錫15世紀(jì)-18世紀(jì) 培根、胡克、牛頓、羅蒙諾索夫、熱動(dòng)說(shuō)：熱是組成物質(zhì)的微觀粒子運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)，它可以由物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化而來(lái)。熱質(zhì)說(shuō)佯謬1797倫福德Rumford慕尼黑兵工廠大炮鏜鉆孔，發(fā)現(xiàn)摩擦可以無(wú)休止的產(chǎn)生熱量英國(guó)1799戴維H.Davy英國(guó)兩塊冰摩擦實(shí)驗(yàn)永動(dòng)機(jī)夢(mèng)想的破滅促使考慮能量關(guān)系熱力學(xué)第一定律另一說(shuō)法：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 從十三世紀(jì)的法國(guó)人享內(nèi)考提出第一個(gè)永動(dòng)機(jī)

5、方案到后來(lái)種種方案都以失敗而告，以致法國(guó)科學(xué)院在1775年聲明：本科學(xué)院以后不再審查有關(guān)永動(dòng)機(jī)的一切設(shè)計(jì)。如果永動(dòng)機(jī)不成立，能量之間應(yīng)滿足什么關(guān)系？量熱學(xué)的發(fā)展提供了實(shí)驗(yàn)手段1593伽利略 溫度計(jì)1702阿蒙頓 空氣溫度計(jì)1724華倫海特 華氏溫標(biāo)1742攝爾修斯 攝氏溫標(biāo)荷蘭瑞典意大利1780J.Black布萊克英國(guó)發(fā)現(xiàn)熱的強(qiáng)度（溫度）和熱的數(shù)量（熱量）不同，他和他的學(xué)生后來(lái)正式提出了比熱、熱容量、潛熱（Latent heat）等概念。蒸汽機(jī)的發(fā)展需要熱力學(xué)理論1769英國(guó)瓦特加了冷凝器1807富爾頓美國(guó)應(yīng)用于輪船1825用于火車1785應(yīng)用于紡織為蒸汽機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，迫切需要研究熱、功、能

6、量間的關(guān)系，以提高熱機(jī)效率。 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 小醫(yī)生與啤酒匠發(fā)現(xiàn)科學(xué)新理德國(guó)邁耶1840印度尼西亞 產(chǎn)生思想1842論自然力（即能）守恒的論文同一單位不同單位小醫(yī)生與啤酒匠發(fā)現(xiàn)科學(xué)新理James rescottJoule 1818-1889英國(guó)焦耳18411847熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)儀1849論熱功當(dāng)量焦耳的實(shí)驗(yàn)裝置James rescottJoule 1818-1889焦耳實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 ：40年400多次熱功當(dāng)量 J = 4.1868 kJ/kcal 絕熱功與路徑無(wú)關(guān)熱是與功等效的傳遞能量N.mcal熱力學(xué)第一定律的建立20一、第一定律的實(shí)質(zhì) 能量守

7、恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。二、第一定律的表述 熱是能的一種，機(jī)械能變熱能，或熱能變機(jī)械能的時(shí)候，他們之間的比值是一定的。 或： 熱可以變?yōu)楣Γσ部梢宰優(yōu)闊?；一定量的熱消失時(shí)必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時(shí)，必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱。21熱力學(xué)第一定律的建立一、物體的能量形式 能量：用來(lái)表征物理系統(tǒng)做功的本領(lǐng)，以多種形式存在 內(nèi)部能量、外部能量、總能量二、功的種類 體積變化功： 軸功： 推動(dòng)功： 流動(dòng)功： 技術(shù)功： 有用功： 無(wú)用功： 內(nèi)部功：系統(tǒng)體積變化所完成的膨脹功或壓縮功系統(tǒng)通過(guò)軸與外界交換的功開口系因工質(zhì)流動(dòng)而傳遞的功-焓開口系工質(zhì)進(jìn)出口質(zhì)量的推動(dòng)功之差技術(shù)上可以利用的功（動(dòng)能+位

8、能+軸功）可用于提升重物、驅(qū)動(dòng)機(jī)器的功除有用功之外的功 工質(zhì)在機(jī)器內(nèi)部對(duì)機(jī)器的做功一般情況動(dòng)內(nèi)勢(shì)電磁與物質(zhì)種類無(wú)關(guān)與物種有關(guān)熱力學(xué)第一定律外參數(shù)內(nèi)參數(shù)內(nèi)參數(shù)：與坐標(biāo)系無(wú)關(guān)外參數(shù)：與坐標(biāo)系有關(guān)微觀粒子的動(dòng)能分子移動(dòng)分子轉(zhuǎn)動(dòng)分子振動(dòng)電子移動(dòng)電子自旋原子核自旋氣體占主固體占主微動(dòng)能對(duì)溫度有貢獻(xiàn)微觀粒子的勢(shì)能氣體固體共價(jià)鍵離子鍵核鍵分子間力分子間力（強(qiáng)）分子間引力（弱）化學(xué)鍵力核鍵力微勢(shì)能對(duì)溫度和比體積有貢獻(xiàn)25熱力學(xué)能（內(nèi)能）的微觀意義內(nèi)動(dòng)能內(nèi)位能（比體積和溫度的函數(shù)）化學(xué)能核能熱力學(xué)能 U熱能相變位能非相變位能（溫度的函數(shù)） 熱力學(xué)能是儲(chǔ)存能，狀態(tài)函數(shù)，廣延量，用符號(hào) U 表示，其絕對(duì)值無(wú)法測(cè)定，

9、只能求出它的變化值。熱力學(xué)能（內(nèi)能）的特點(diǎn) 熱力學(xué)能零點(diǎn)人為定 熱力學(xué)能是由微觀粒子的動(dòng)、勢(shì)能構(gòu)成可逆、不可逆初終平衡 微元過(guò)程比參數(shù)型 ( )/m2-2. 閉口系的能量方程（內(nèi)能）循環(huán)可逆（簡(jiǎn)單可壓縮）準(zhǔn)靜態(tài)不可逆功一般處于非平衡非均勻態(tài)，微元處于局部平衡狀態(tài) 強(qiáng)度量 廣延量 比參數(shù)局部狀態(tài)內(nèi)參數(shù)滿足簡(jiǎn)單可壓縮物質(zhì)狀態(tài)公理開口系的基本假定進(jìn)出口局部區(qū)域態(tài)函數(shù)均布開口系的基本假定 進(jìn)口體積流量面積速度 進(jìn)口壓力進(jìn)出口有無(wú)熱量熱一律可用于局部平衡系統(tǒng)單位時(shí)間進(jìn)入系統(tǒng)的質(zhì)量 離開系統(tǒng)的能量 = 系統(tǒng)質(zhì)量的變化無(wú)核反應(yīng)單位時(shí)間通過(guò)進(jìn)出口斷面的質(zhì)量流量多進(jìn)出口求和 控制體內(nèi)系統(tǒng)的質(zhì)量2-3. 開口系的質(zhì)量守恒方程2-4. 開口系的能量方程流動(dòng)能推動(dòng)功時(shí)段閉口系2-4. 開口系的能量方程流動(dòng)功推動(dòng)功單位質(zhì)量推動(dòng)功(壓能)dt時(shí)段能差功熱比焓2-4. 開口系的能量方程狀態(tài)量焓