【正文】 = 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 137 ? ? ? ?210 0 t o tδδ iiQ E e m e m W??? ? ? ? ? ? ??????? ? ? ?0 0 t o tdd m i m iE e q e q P?? ? ? ? ? ? ?????E E+dE δ iimeδQδW00δmed????中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 熱力學(xué)第一定律的解析式 ?熱力學(xué)第一定律的能量方程式就是系統(tǒng)變化過程中的能量平衡方程式，任何系統(tǒng)、任何過程均可根據(jù)以下原則建立能量方程式： 進(jìn)入系統(tǒng)的能量 離開系統(tǒng)的能量 系統(tǒng)中儲存能量的增加 ＝ － 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 一、閉口系統(tǒng)的能量方程 閉口系統(tǒng)的能量方程是熱力學(xué)第一定律在控制質(zhì)量系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，是熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式。 熱機(jī) —— 持續(xù)不斷地將熱 轉(zhuǎn)換為功的裝置。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 活塞 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 1 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 活塞 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 1 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 1 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 1 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 續(xù) 41 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 續(xù) 41 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 續(xù) 41 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 續(xù) 41 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 活塞 飛輪 熱 源 左止點(diǎn) 右止點(diǎn) 1 2 p v 二、可逆過程 續(xù) 41 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 1— 2過程：熱源放熱，工質(zhì)吸熱膨脹， 對外作功，推動飛輪旋轉(zhuǎn) 1 2 p v 2— 1過程：飛輪對活塞作功，工質(zhì)被壓 縮并對熱源放熱，工質(zhì)吸熱 膨脹 經(jīng)歷了 1— 2— 1過程后，工質(zhì)回復(fù)到原來狀態(tài)，熱源回復(fù)到原來狀態(tài)，機(jī)器回復(fù)到原來狀態(tài) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 可逆過程的描述： 系統(tǒng)經(jīng)歷一個過程后，如令過程逆行而能使系統(tǒng)與外界同時恢復(fù)到初始狀態(tài)而 不留下任何痕跡 ，則此過程稱為可逆過程 。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 二、外部儲存能 需要用系統(tǒng)外的參考坐標(biāo)系測量的參數(shù)來表示的能量，稱為 外部儲存能 ，它包括系統(tǒng)的宏觀動能和重力位能： 221 mcEk ?m g zE p ?重力位能： 宏觀動能： 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 系統(tǒng)的儲存能 熱力學(xué)能 宏觀動能 宏觀位能 UkEPEEkPE U E E? ? ??即 系統(tǒng)的儲存能 三、系統(tǒng)的總儲存能（簡稱總能） 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 m g zmcUE ??? 2211kg工質(zhì)的總能為比總能： gzcue ??? 221或 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 內(nèi) 能 宏觀動能 宏觀位能 JkpU U U??2J2kmcE ?JpE m g z?22mcE U m g z? ? ?儲 存 能 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 (2)焓 J / k gmJH/pvuhpVUH?????(3)熵 kg )J / ( kdJ / kQd????S/ mTqsTS??中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 13 平衡狀態(tài) ,狀態(tài)方程 ,坐標(biāo)圖 一、平衡狀態(tài) 定義 :一個熱力系 ,如果在不受外界影響下 ,系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變 ,則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài) . 熱平衡狀態(tài) 力平衡狀態(tài) 化學(xué)平衡狀態(tài) 問題：如何定量描述工質(zhì)的狀態(tài)？ 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 平衡與穩(wěn)定 穩(wěn)定：參數(shù)不隨時間變化 穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 平衡與均勻 平衡 ：時間上 均勻 ：空間上 平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 二、狀態(tài)方程 ( , )v f T p? ( , , ) 0f T p v ?或 三 、 狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖 pv1 1p1v反映工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式，稱為狀態(tài)方程。 t = T— 熱力學(xué)溫標(biāo)與 攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系： 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 絕對 K 攝氏 ℃ 華氏 F 100 0 0 212 100 0 32 0 冰熔點(diǎn) 水三相點(diǎn) 鹽水熔點(diǎn) 發(fā)燒 水沸點(diǎn) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 （ 1）熱力學(xué)能與儲存能 ?能量是物質(zhì)運(yùn)動的度量，運(yùn)動有各種不同的形態(tài)，相應(yīng)的就有各種不同的能量。 ２） 溫度 將描述熱平衡的這一宏觀特性的物理量，稱為溫度。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 基本狀態(tài)參數(shù) (１ )比容、密度和重度 ① 比容 單位質(zhì)量物質(zhì)所占有的容積，稱為比容。 （１）狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)特性 2211 d x x x???或 如果某物理量具有上述數(shù)學(xué)特性，它就是狀態(tài)參數(shù)。 ?多元熱力系 — 由兩種或兩種以上物質(zhì)組成的熱力系。是什么熱力系？ 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 熱力系、界面、外界 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 熱力系、界面、外界 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 熱力系、界面、外界 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 熱力系、界面、外界 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 系 統(tǒng) 界面 熱力系、界面、外界 例 Ⅱ 研究氣缸中的氣體 (打開閥門 )。 熱源 ：工質(zhì)從中取熱的熱庫， 冷源 ：接受工質(zhì)放熱（排出熱能）的熱庫。 5. 獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。 ?將熱力學(xué)基本理論應(yīng)用于工程實(shí)際，對不同的過程和循環(huán)進(jìn)行分析和計算， 探討影響能量轉(zhuǎn)換的規(guī)律及提供轉(zhuǎn)換效果的途徑。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 1875年 ， 美國耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)教授 Josiah Willard Gibbs發(fā)表了 “ 論多相物質(zhì)之平衡 ” 的論文 。焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)是 熱力學(xué)第一定律 的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 他通過對自己構(gòu)想的理想熱機(jī)的分析得出結(jié)論： 熱機(jī)必須在兩個熱源之間工作 ， 理想熱機(jī)的效率只取決與兩個熱源的溫度 ， 工作在兩個一定熱源之間的所有熱機(jī) ， 其效率都超不