2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：熱力學(xué)第一定律

1熱力學(xué)第一定律

22–1

熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)一、第一定律的實(shí)質(zhì)

能量守恒與轉(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?，功也可以變?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。32–2熱力學(xué)能（內(nèi)能）和總能一、熱力學(xué)能(internalenergy)UchUnuUthUk平移動(dòng)能轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能振動(dòng)動(dòng)能Up—二、總（儲(chǔ)存）能(totalstoredenergyofsystem)總能熱力學(xué)能，內(nèi)部儲(chǔ)存能外部儲(chǔ)存能宏觀動(dòng)能宏觀位能4三、熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)

測量p、V、T可求出四、熱力學(xué)能單位

五、工程中關(guān)心宏觀動(dòng)能與內(nèi)動(dòng)能的區(qū)別52–3熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式

加入系統(tǒng)的能量總和－熱力系統(tǒng)輸出的能量總和=熱力系總儲(chǔ)存能的增量EE+dE流入：流出：內(nèi)部貯能的增量：dE6或EE+dE72–4閉口系基本能量方程式

閉口系，

忽略宏觀動(dòng)能Uk和位能Up，第一定律第一解析式—功的基本表達(dá)式熱8討論：

1）對(duì)于可逆過程2）對(duì)于循環(huán)3）對(duì)于定量工質(zhì)吸熱與升溫關(guān)系，還取決于W的“+”、“–”、數(shù)值大小。9例自由膨脹如圖，解：取氣體為熱力系

—閉口系？開口系？強(qiáng)調(diào)：功是通過邊界傳遞的能量。抽去隔板，求?例A4302661例A430377110歸納熱力學(xué)解題思路1）取好熱力系;2）計(jì)算初、終態(tài);3）兩種解題思路從已知條件逐步推向目標(biāo)從目標(biāo)反過來缺什么補(bǔ)什么4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手。112–5開口系能量方程一、推動(dòng)功(flowwork;flowenergy)和流動(dòng)功(flowwork;flowenergy)推動(dòng)功：系統(tǒng)引進(jìn)或排除工質(zhì)傳遞的功量。pvp1v11o12流動(dòng)功：系統(tǒng)維持流動(dòng)所花費(fèi)的代價(jià)。推動(dòng)功在p-v圖上：13二、焓(enthalpy)定義：H=U+pV

h=u+pv單位：J（kJ）J/kg（kJ/kg）焓是狀態(tài)參數(shù)。物理意義：引進(jìn)或排出工質(zhì)而輸入或排出系統(tǒng)的總能量。14三、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程(steady-flowenergyequation)穩(wěn)定流動(dòng)特征：注意：區(qū)分各截面間參數(shù)可不同。1）各截面上參數(shù)不隨時(shí)間變化。2）ΔECV=0，ΔSCV=0，ΔmCV=0?···

15流入系統(tǒng)的能量:流出系統(tǒng)的能量:系統(tǒng)內(nèi)部儲(chǔ)能增量:ΔECV–=考慮到穩(wěn)流特征：ΔECV=0qm1=qm2=qm;及h=u+pv

16討論：1）改寫式（B）為式（C）熱能轉(zhuǎn)變成功部分輸出軸功流動(dòng)功機(jī)械能增量（C）172）技術(shù)功(technicalwork)—由式（C）技術(shù)上可資利用的功wt可逆過程183)第一定律第二解析式1)通過膨脹，由熱能2)第一定律兩解析式可相互導(dǎo)出，但只有在開系中能量方程才用焓。4）兩個(gè)解析式的關(guān)系功，w=q–Δu總之：可逆19四、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的應(yīng)用1.蒸汽輪機(jī)、氣輪機(jī)(steamturbine、gasturbine)

流進(jìn)系統(tǒng)：

流出系統(tǒng)：內(nèi)部儲(chǔ)能增量：0202.壓氣機(jī)，水泵類(compressor，pump)流入流出內(nèi)部貯能增量0213.換熱器（鍋爐、加熱器等）(heatexchanger:boiler、heateretc.)22

流入：流出：內(nèi)增：0若忽略動(dòng)能差、位能差234.管內(nèi)流動(dòng)流入：流出：內(nèi)增：024例A4312661例A4322661例A4332771例A433377125歸納：

1）開口系問題也可用閉口系方法求解。

2）注意閉口系邊界面上熱、功交換；尤其是邊界面變形時(shí)需考慮功的交換。

3）例A4333771中若有無摩擦及充分導(dǎo)熱的活塞，結(jié)果如何？

——解法三即可認(rèn)為是這種情