闭口系统热力学第一定律

能量

含                义

符号及单位

热力学第一定律确定了各种形式的能量(热能、功、内能)之间相互转换关系，该定律指出：当热能与其他形式的能量进行转换时，总能量保持恒定。对于任何系统，各项能量之间的一般关系式为

进入系统的能量-离开系统的能量＝系统中储存能量的变化

热

量

由于温度不同，在系统与外界之间穿越边界而传递的能量称为热量。热量是通过物体相互接触处的分子碰撞或热辐射方式所传递的能量，其结果是高温物体把一部分能量传给了低温物体。热量传递过程并不需要物体的宏观运动。热量是过程量，不是状态参数

Q——热量，J或kJ

W——功，J或kJ

功

系统与外界之间通过宏观运动发生相互作用而传递的能量称为功

左图所示气缸中，密闭一定质量M的气体，可动边界活塞的面积A，活塞所受外力F。当系统克服外力进行一s个准平衡的膨胀过程，即由状态1变到状态2时，若不计摩擦，系统对外所做的功为：

在p-V图上，功是过程曲线下的面积。可见，即使始态、终态相同的两个过程，若过程曲线不同，功的大小也不同，这说明功不是状态参数而是一个过程量

内

能

气体内部的分子、原子等微粒总在不停地运动，这种运动称为热运动。气体因热运动而具有的能量称为内能，它是储存于气体内部的能量

对于完全气体，分子间没有相互作用力，内位能为零，完全气体只有内动能。这时内能只是温度的单位函数。1kg气体的内能称为比内能

U＝f(T)

在气体的状态一定时，内能也有一定值，因而内能也是气体的状态参数

u——比内能，J/kg或kJ/kg

U——内能，J或kJ

q——1kg工质与外界变换的热量，J/kg或kJ/kg

闭口系统的能量

平衡方程式

上图所示气缸中密闭一定质量气体的系统为闭口系统。设系统由状态1变到状态2为一个准平衡过程，在此过程中系统吸热量为Q，膨胀对外做功W，系统内能变化ΔU。对于这种闭口系统，热力学第一定律可表述为：给予系统的热量应等于系统内能增量与对外做功之和。热力学第一定律方程式的微分形式为：

dQ＝dU+dW

对1kg气体而言，有

dq＝du+dw＝du+pdυ

焓

焓H的定义为

H＝U+pV

1kg气体的比焓h的定义为

h＝u+pυ＝u+RT

在气动系统中，压缩空气从一处流到另一处，随着压缩空气移动而转移的能量就等于它的焓。当1kg气体流进系统时系统获得的总能量就是其内能u与1kg气体的推动功pυ之和，即为比焓h

在u、p、υ为定值时，h亦为定值，故焓为一状态参数

H——焓

h——比焓