5热学 (3 第九章和第八章)

Q U pdV
1 2
δQ dU pdV 可逆：
开口系统：
Q H Wt
可逆： Q dh vdp
q h wt
Q H vdp
1 2
七、应用 （1）锅炉和换热器： q h
（2）汽轮机和燃气轮机 w t h h1 h 2 （3）泵、风机和压气机 w -w h h c t 2 1 （4）喷管等管道 1 2 1 2 h1 c f1 h 2 c f2 2 2
ux hx ps vx
2．水蒸气的热力性质表，h-s图 3．水蒸气的基本热力过程 定压过程
wt 0
q h2 h1
w p(v2 v1 )
绝热膨胀过程
q0
w u u1 u 2
w t h h1 h 2
定容过程
w0
q u u 2 u1
2 dv dp cp cV 1 v p

1
v2 p2 c p ln cV ln v1 p1
5．理想气体的基本热力过程
四个基本热力过程及可逆多变过程的初 终态参数、热量、过程功和熵变的计算
及其在p-v图和T-s图上的表示，
可逆多变过程的多变指数的求法。 表4-1 图4-7
二、水蒸气
2．比热容
定义： c
Q
dT
c与过程有关 c是温度的函数
1
Cm Mc 0.0224 c'

cp cV
cp cV Rg

cp
Rg
1 cV Rg 1
C pm CVm R

空气的绝热指数k=1.4 空气定压比热容Cp=1.004 KJ/(Kg.k)

第八章热力学定律本章学习提要1．理解热力学第一定律，知道热力学第一定律反映了系统内能的变化和系统通过做功及传热过程与外界交换的能量之间的关系。

初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程，以及生活和生产中的实际问题。

2．知道热力学第二定律的表述。

知道熵是描写系统无序程度的物理量。

热力学的两个基本定律是能量守恒定律和热力学第一定律。

热力学第二定律表述了热力学过程的不可逆性，即孤立系统自发地朝着热力学平衡方向——最大熵状态——演化。

这两个定律都是通过对自然界和生活、生产实际的观察、思考、分析、实验而得到的，这也是我们学习这两条基本定律应采取的方法。

人类的进步是与对蕴藏在物质内部能量的认识和利用密切相关的。

热力学定律为更好地设计和制造热机、更好地开发和利用能源指明了方向。

随着生产和科学实践的发展，人们逐步领悟到有效利用能源的意义，懂得遵循科学规律的重要性，从而更自觉地抵制违背科学规律的行为。

A 热力学第一定律一、学习要求理解热力学第一定律。

初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程，以及生活和生产中的实际问题。

我们应聚焦于热力学第一定律的构建过程，理解它既包括内能的转换，也遵循能量守恒定律。

这一定律是通过对自然界以及生活和生产实际的深入观察、思考、分析和实验而得出的自然界中最基本、最普遍的定律之一。

通过学习热力学第一定律，我们能体会到它在科学史上的重要地位，并感受到它对技术进步和社会发展的巨大影响。

二、要点辨析1．热力学第一定律的含义和表式热力学第一定律涉及到能量的转化和能量守恒两个方面。

内能是物质内部大量微观粒子无序热运动所具有的能量形式。

一个物质系统的内能变化是由它与外部环境进行能量交换的结果，而这种能量交换可以通过两种方式实现：做功和热传递。

热力学第一定律揭示了系统内能变化(ΔU)与系统与外部环境交换的功(W)和热量(Q)之间的定量关系。

ΔU＝Q＋W。

2．应用热力学第一定律解题时，要注意各物理量正、负号的含义当热力学第一定律表示为ΔU＝Q＋W时，ΔU为正值，表示系统内能增加；负值表示系统内能减小。

CV
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§8.2 热力学第一定律
热力学基础
§8.2.1 热力学第一定律 本质：包括热现象在内的能量守恒和转换定律。
E2 E1 W Q (E2 E1) W E W
Q
dQ dE dW
Q
E E2 E1
W
+ 系统吸热 内能增加 系统对外界做功
系统放热 内能减少 外界对系统做功
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热力学基础
热力学第一定律适用于任何系统(气液固)的任何过 程(非准静态过程也适用),
Q E PdV
热力学第一定律的另一叙述：第一类永动机 是不可 能制成的。
第一类永动机：Q = 0， E = 0 ，A > 0的机器;
过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对 气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体 吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中 一定有（ A ）
A．Q1—Q2=W2—W1 ; B．Q1=Q2
C．W1=W2 ;
D．Q1>Q2
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【例8-4】如图,一个四周绝热的气缸热,力中学基间础 有 一固定的用导热材料制成的导热板C把气缸分 成 A.B 两部分,D是一绝热活塞, A中盛有 1mol He, B中盛有1mol N2, 今外界缓慢地
等压膨胀过程 V2>V1 , A>0 又T2>T1, 即E2-E1>0 ∴Q>0 。气体吸收的热量，一部分用于内能的增加，
一部分用于对外作功；
等压压缩过程 A<0 ， T2<T1, 即E2－E1<0 ∴Q<0 。

2. 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science)
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
系统从一个平衡态到 另一个平衡态的过程 中传递热量的多少。
热力学： tm
Φ
传热学： t ( x, y, z , )
Φ f ( )
空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器 （Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电 火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
b c d
微电子： 电子芯片冷却 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器 官的冷冻保存 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存
e
f
制
冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温
G.
B.
J.
Fourier , 1822 年）
F. B. Jaeger/ M.
Riemann/ H. S. Jakob
Carslaw/ J.

对流换热 （Convection heat transfer） 不可压缩流动方程 （M.Navier,1823年) 流体流动Navier-Stokes基本方程 (G.G.Stokes,1845年） 雷诺数(O.Reynolds,1880年） 自然对流的理论解（L.Lorentz, 1881年） 管内换热的理论解（L.Graetz, 1885年；W.Nusselt,1916 年） 凝结换热理论解 （W.Nusselt, 1916年） 强制对流与自然对流无量纲数的原则关系 （W.Nusselt,1909年/1915年） 流体边界层概念 （L.Prandtl, 1904年） 热边界层概念 （E.Pohlhausen, 1921年） 湍流计算模型 （L.Prandtl,1925年；Th.Von Karman, 1939年；R.C. Martinelli, 1947年）