第三章 热力学第一定律
热力学第一定律是研究热力学的主要基础之一，也是分析和计算能量转化的主要依据，并且在我们以后的几章分析中也离不开它。对其他热力学理论的建立也起着非常重要的作用。
热一律的建立
1840—1851年间，迈耶、焦耳、赫尔姆霍茨建立了热力学第一定律，它指出了能量转化的数量关系，随着分子运动论的建立和发展，肯定了热能与机械能相互转化的实质是热能与机械能都是物质的运动，其相互转化就是物质由一种运动形态转变为另一种运动形态的运动且转化时能量守恒，把能量守恒定律应用于热力学，就叫做热力学第一定律，至此热力学第一定律完全建立。
本章重点：1 讨论热力学第一定律的实质。
2 能量方程的建立及工程实际中的应用。
3—1 热力学第一定律的实质
实质：热一律的实质是能量转化与守恒定律在热现象上的应用。
能量转化守恒定律指出：在自然界中，物质都具有能量，能量有各种不同的形式，既不能创造，也不能随意消失，而只能从一种形态转化成另一种形态。由一个系统转逆到另一个系统。在能量转化和传递过程中，能量的总和保持不变，这个定律对任何一个系统都可写成
// 系统进入 离开
即输入系统的能量输出系统的能量系统储存的能量的变化量。
能量守恒定律不适从任何理论推导出来的，而是人类在长期的生产斗争和科学实验中积累的丰富经验的总结，并为无数实践所证实。它是自然界中最普遍、最基本的规律之一。普遍适用于机械的、热能的、电磁的、原子的、化学的等多变过程。物理学中的功能原理、工程力学中的机械能守恒定律等。其实质都是能量守恒与转化定律，热一律就是能量转化与守恒定律在热现象上的应用。这个定律指出，热能与其它形式的能量相互转化和总能量守恒。
机械能
热能 化学能
电磁能
第三章理想⽓体的性质与热⼒过程
第三章 理想⽓体的性质和理想⽓体的热⼒过程
英⽂习题1. Mass of air in a room
Determine the mass of the air in a room whose dimensions are 4 m×5 m×6 m at 100 kPa and 25℃
2. State equation of an ideal gas
A cylinder with a capacity of 2.0 m 3
contained oxygen gas at a pressure of 500 kPa and 25℃ initially. Then a leak developed and was not discovered until thepressure dropped to 300 kPa while the temperature stayed the same. Assuming ideal-gas behavior, determine how muchoxygen had leaked out of the cylinder by the time the leak was discovered.
3. Two tanks are connected by a valve. One tank contains 2 kg of carbon monoxide gas at 77oC and
0.7 bar. The other tank holds 8 kg of the same gas at 27oC and 1.2 bar. The valve is opened and the gases are allowed tomix while receiving energy by heat transfer from the surrounding. The final ideal gas equilibrium temperature is 42℃ Usingthe model, determine (a) the final equilibrium pressure, in bar, and (b) the heat transfer for the process,
第三章 热力学第一定律
第一节 热力学第一定律的实质
热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律。能量守恒与转换定律的核心内容就是：
自然界中一切物质都具有能量，能量既不可能被创造，也不可能被消灭，而只能从一种形式
转变为另一种形式，在转换中，能量的总量恒定不变。量守恒与转换定律是人类对长期实践
经验和科学实验的总结，是自然界的一个基本规律。将能量守恒与转换定律应用于热力学所
研究的与热能相关的能量传递与转换，得到的就是热力学第一定律。
热力学第一定律有许多种表述方法。历史上，最早的表述为：“热可以变为功，功也可
以变为热。消失一定量的热时，必产生数量相当的功；消耗一定量的功时，亦必出现相应数
量的热”。当初所以这样表述，是因为在热力学第一定律提出之前，对于热的认识还很模糊，
热量的单位与功的单位也不统一，导致表述比较繁杂。最早的另外一种表述为：“第一类永
动机是不可能制造成功的”。所谓第一类永动机是一种不花费能量就可以产生动力的机器。
历史上，有人曾幻想要制造这种机器，但由于违反了热力学第一定律能量守恒的原则，结果
总是失败。这种表述是从反面说明要得到机械能必须花费热能或其它能量。热力学第一定律
可以简单地表述为：在热能与其它形式的能量互相转换时，能的总量保持守恒。
热力学第一定律是热力学的基本定律，是热力过程能量传递与转换分析计算的基本依
据。它普遍适用于任何工质、任何过程。用热力学第一定律分析一个发生能量传递与转换的
热力过程时，首先需要分析列出参与过程的各种能量，依据热力学第一定律能量守恒的原则，
建立能量平衡方程式。对于任何一个具体的热力系所经历的任何热力过程，热力学第一定律
能量平衡方程式都可以一般地表示为：
进入系统的能量一离开系统的能量 = 系统储存能的变化 （3-1）
（3-1）式是一种以热力系为对象，用方程式的形式对热力学第一定律的表述。它的成
立，并不依赖系统某种工质或某个热力过程的个别属性，所依据的仅是热力学第一定律能量
3-4 空气压缩机每分钟从大气中吸入温度tb= 17℃，压力等于当地大气压力pb = 750 mmHg
的空气0.2m3，充入体积为V =1m3的储气罐中。储气罐中原有空气的温度t 1=17℃，表压力
p e1 = 0.05 MPa ，参见图3-4。问经过多长时间储气罐内气体压力才能提高到p2 = 0.7 MPa，
温度t2 =50℃ ？
3-5 锅炉燃烧需要的空气量折合标准状态为5000m3/h ，鼓风机实际送入的是温度为250℃、
表压力为150mmHg 的热空气。已知当地大气压力为pb =765 mmHg 。设煤燃烧后产生的烟
气量与空气量近似相同，烟气通过烟囱排入上空，已知烟囱出口处烟气压力为p2 =0.1MPa，
温度T 2= 480 K ，要求烟气流速为cf =3m/s（图3-7）。求：
（1）热空气实际状态的体积流量q V ,in ；
（2）烟囱出口内直径的设计尺寸。
3-9空气从初态温度T1=480K、压力p1=0.2MPa，经某一状态变化过程被加热到终了状态温度
T2=1000K、压力p2=0.5MPa。（1）分别按平均比热容表、空气热力性质表求1kg空气的u1、
u2、h1、h2、Δu、Δh；（2）若上述过程为定压过程，即p1= p2=0.2MPa，问此时的u1、u2、h1
、h2、Δu、Δh怎么改变；（3）对上述计算结果进行讨论，用平均比热容表和空气热力性质两
种方法计算得到的结果是否相同，为什么？
⑴ 由平均比热容表可得 T1=480k，∴t1=480-273=207（℃）
∴Cp1=1.012+(1.019-1.012)*0.07=1.0125(kJ/kg), t2=1000-273=727（℃）
∴Cp2=1.061+(1.071-1.061)*0.27=1.0637(kJ/kg)
∴h1=Cp1*T1=1.0125*480=486(kJ/kg)，h2=Cp2*T2=1.0637*1000=1063.7(kJ/kg) △h=h2-h1=577.7
