热力学第一定律及其应用
热力学是一门研究能量转化和传递的科学，其中的第一定律是能量守恒定律的一个特例。在热力学中，能量可以在物体间以热量和功的形式进行转换和传递。热力学第一定律表明，能量不会从无中产生，也不会消失，只会从一处转移到另一处。
热力学第一定律可以用以下方程表示：
ΔU = Q - W
其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统所做的功。
当一个系统吸热时，它的内能将增加。例如，当将一杯温度较低的水放在一个加热器上时，水的温度会上升，这是因为系统吸收了加热器放出的热量。这个过程中，水的内能增加，对应于热量的增加。
相反，当一个系统做功时，它的内能将减少。例如，当我们用手推动一辆自行车时，人体的能量被用来做功，驱动自行车行驶。在这个过程中，人体的内能减少，对应于做功。
除了能量守恒，热力学第一定律还提供了一种计算系统内能变化的方法。通过测量系统吸收的热量和所做的功，我们可以计算出系统的内能变化。这对于工程领域的能量转换和传递至关重要。
热力学第一定律在许多领域具有广泛的应用。其中一个应用是工程热力学，用于设计和优化能量转换设备，如汽车发动机和发电厂。通过使用第一定律的原理，工程师可以更好地理解和控制能量转化的过程，以提高系统的效率和性能。
另一个应用是热力学循环，如蒸汽轮机和制冷循环。这些循环是将热能转化为功的常见方式。通过应用热力学第一定律，我们可以计算出循环的效率，并优化循环的设计和工作条件，以提高能量转化的效率。 热力学第一定律还可以应用于生物体内能量转化和代谢的研究。生物体在进行各种代谢活动时需要能量，并通过食物摄取和新陈代谢过程来获取能量。通过热力学第一定律，我们可以理解生物体内能量转化的基本原理，从而有助于研究和优化生物化学过程。
除了上述应用，热力学第一定律还在环境科学、材料科学和天文学中发挥作用。总的来说，热力学第一定律是能量转化和传递研究的基础，为各个领域的科学和工程提供了重要的理论基础。
工程热力学第五版思考题答案
【篇一：工程热力学课后作业答案第五版(全)】
kpa。 （2）标准状n2的气体常数；
态下n2的比容和密度；（3）
p?0.1mpa，t?500
解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中co2的质量
m1?
p1v1rt1
℃时的摩尔
容积mv。
解：（1）n2的气体常数
r?
r0m?831428
＝296.9j/(kg?k)
压送后储气罐中co2的质量
m2?
p2v2rt2
（2）标准状态下n2的比容和密度
v?
rtp?
296.9?273101325
根据题意
容积体积不变；r＝188.9
＝0.8m3/kg
p1?pg1?b p2?pg2?b
（1） （2） （3） （4）
??
1v
＝1.25kg/m3
（3）p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积mv
mv ＝
r0tp
t1?t1?273 t2?t2?273
＝64.27m3/kmol 压入的co2的质量
m?m1?m2?
vp2p1
(?) rt2t1
（5）
2-3．把co2压送到容积3m
3
将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg
2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的
1
的储气罐里，起始表压力
pg1?30
kpa，终了表压力
pg2?0.3mpa，温度由t1＝45℃
增加到t2＝70℃。试求被压入的co2的质量。当地大气
空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kpa，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m，问鼓风机送风量的质量改变多少？
解：同上题
m?m1?m2?
3
气质量
m2?
p2v2rt2
?
7?105?8.5287?288
kg
压缩机每分钟充入空气量
m?
pvrt
工程热力学知识点总结归纳
第一章、基本概念
1、边界
边界有一个特点（可变性）：可以是固定的、假想的、移动的、变形的。
2、六种系统（重要！）
六种系统分别是：开（闭）口系统、绝热（非绝热）系统、孤立（非孤立）系统。
a.系统与外界通过边界：功交换、热交换和物质交换.
b.闭口系统不一定绝热，但开口系统可以绝热。
c.系统的取法不同只影响解决问题的难易，不影响结果。
3、三参数方程
a.P=B+Pg
b.P=B-H
这两个方程的使用，首先要判断表盘的压力读数是正压还是负压，即你所测物体内部的绝对压力与大气压的差是正是负。正用1，负用2。
ps.《工程热力学（第六版）》书8页的系统，边界，外界有详细定义。
第二章、气体热力性质
1、各种热力学物理量 P：压强[单位Pa]
v：比容（单位m^3/kg）
R：气体常数（单位J/(kg*K)）书25页
T：温度（单位K）
m：质量（单位kg）
V：体积（单位m^3）
M：物质的摩尔质量（单位mol）
R：8.314kJ/(kmol*K)，气体普实常数
2、理想气体方程：
Pv=RT
PV=m*R。*T/M
Qv=Cv*dT
Qp=Cp*dT
Cp-Cv=R
另外求比热可以用直线差值法！
第三章、热力学第一定律
1、闭口系统：
Q=W+△U
微元：δq=δw+du （注：这个δ是过程量的微元符号）
2、 闭口绝热
δw+du=0
3、闭口可逆 δq=Pdv+du
4、闭口等温
δq=δw
5、闭口可逆定容
δq=du
6、理想气体的热力学能公式
dU=Cv*dT
一切过程都适用。为什么呢？ 因为U是个状态量，只与始末状态有关、与过程无关。U是与T相关的单值函数，实际气体只有定容才可以用
高等工程热力学
1 第三章 热力学函数与普遍关系式
根据：热力学第一、第二定律 连续可微函数的数学性质
推导：各种热力学函数的微分性质 各种热力学函数的微分关系式
适用于：状态连续变化的一切系统以及系统的全部状态 热力学普遍关系式
作用：推导或者检验，内查或者外推
范围：简单可压缩系统
§1 热力学特征函数及其在描述系统热力学性质中的意义
一、热力学特征函数的概念
由自然的或者适当的独立变量所构成的一些显函数，他们能够全面而确定地描述热力系
统的平衡状态。 热力学特征函数：具有明确的物理意义、连续可微
如：以S、V为独立变量描述内能函数U=U(S，V)就是一个特征函数
全微分dU=TdS-pdV TdS方程
dV
VU
dS
SU
dU
SV)()(
∂∂
+
∂∂
= 可知：p
VU
T
SU
SV−=
∂∂
=
∂∂
)( , )( 则：
su
hupvuv
v∂⎛⎞=+=−⎜⎟∂⎝⎠
vu
fuTsus
s∂⎛⎞=−=−⎜⎟∂⎝⎠
svuu
ghTsuvs
vs∂∂⎛⎞⎛⎞=−=−−⎜⎟⎜⎟∂∂⎝⎠⎝⎠
热力学能函数只有在表示成S和V的函数时才是特征函数。U＝U(T,V)不能全部确定其
他平衡性质，也就不是特征函数。
二、勒让德变换 是否还有其他不同于S、V的独立变量的特征函数吗？有，找出的方法 勒让德变换
设有函数：
第一章 热力学基础
2Y=Y(x1,x2,……,xm)
全微分：dY=X1dx1+X2dx2+……+Xmdxm其中：
mmxY
X
xY
X
xY
X
∂∂
=
∂∂
=
∂∂
= , , ,
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11
这些偏导数都独立变量是x1, x2, ……, xm的函数
引入函数：Y1=Y-X1x1
于是：dY1=dY-X1dx1-x1dX1
将dY代入：dY1=-x1dX1+X2dx2+……+Xmdxm
也是一个全微分：Y1=Y1(X1, x2, ……, xm)
独立变量中用X1取代了x1 可以证明：函数Y1和函数Y具有同样多的信息
对比两个全微分：
