（3）对刚性容器中的空气缓慢加热使其从50℃升温到100℃。 （4）定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩。 （5）100℃的蒸汽流与25℃的水流绝热混合。
1.6 过程功和热量
一、过程功
1. 功的定义和单位
普通物理中功的定义：在力F的作用下物体发生微小的位移dx，则力F所作的微功为
?W?Fdx
式中：?W——微小功量（并非全微分）。
若物体在力F的作用下由空间某点1位移到点2，则力F所作的功为
W1?2??Fdx
12功的单位：J，焦耳
1J的功相当于物体在1N的力的作用下产生1m的位移时产生的功量，即 1J＝1N·m
单位质量的物质所做的功称为比功，单位为J/kg。若质量为m的物质完成的功为W，则比功为
w?W J/kg m单位时间内完成的功称为功率，单位为W，即 1W=1J/s
工程上还用kW做单位 1kW =1kJ/s
p
2. 可逆过程的功
按照功的力学定义，工质推动活塞移动距离dx时，反抗斥力所做的膨胀功为
v
?W?Fdx?pAdx?pdV
式中：A——活塞面积；
dV ——工质体积微元变化量。
工质从状态1变化到状态2，所作的膨胀功为：W??21pdV
说明：○1如已知可逆的膨胀过程1－2的方程式p?f?V?，即可由积分求得膨胀过
程功的数值；
2膨胀功W1?2在p?V图上可用过程线下方的面积1?2?n?m?1表示，因此p?V○
图也叫示功图。
如果工质是1kg，则所做的功为
9
?w?1pdV?pdv m21w1?2??pdv
过程依相反方向2－1进行时，同样可得
w2?1??pdv
21
应用功量公式应注意以下几点：
1. 功量正负号规定（一定重点强调）。由公式可知， dv?0时，?w?0，无功量交换；
dv?0时，?w?0，系统对外做功，功为正； dv?0时，?w?0，外界对系统做功，功为负。
简言之，系统对外做功，功为正；外界对系统做功，功为负。 2. 功量的大小可以用p?V图上过程线下方的面积表示；
3. 功量是个过程量，?w不是全微分。当初终状态一定，而过程经历的途径不同时，功量的大小也各不相同。
4.容积变化功的公式只适用于准静态过程和可逆过程，对于非此类过程，不仅不能用上述公式来计算，而且不能用p?V图来表示该过程，对于不可逆过程的功量必须用其它方法来计算。
5. 此公式适用于任何工质。流动工质在准静态过程中所做的膨胀功也可用此式计算。 6. 准静态过程的膨胀功和压缩功，可用系统内部的参数描述，无须考虑外界的情况，但必须知道内部参数p,V的函数关系。p,V的函数关系可根据研究的具体过程方程和实验数据确定。
7. 闭口系工质在膨胀过程中所作的功并不全部用来输出作有用功，它一部分因摩擦而耗散，一部分用以排斥大气做功，余下的才是可被利用的功，称作有用功。
Wu?W?Wr?W1
3. 广义功（简介）
二、过程热量
1. 定义：热力学中把热量定义为热力系和外界之间仅仅由于温度的不同而通过边界传递的能量。（能量的一种，是由温差引起的）
热量的单位：J，焦耳
结合思考题2：有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。对不对，为什么？
10
*（此处重点阐述过程量的特点）从对功和热量的定义可以看出，热量和功都是能量传递的度量，它们是过程量。只有在能量传递过程中才有所谓的功和热量，没有能量的传递过程就没有功和热量。说物系在某一状态下有多少功或多少热量，显然是毫无意义的、错误的，因为功和热量都不是状态参数。只有当系统状态发生变化时，才可能有功和热量的传递，所以功和热量的大小不仅与过程的初、终状态有关，而且与过程的性质有关，它们是过程量。
功和热量的不同之处。便于对第5章热过程方向性的理解。
2. 准静态过程中热量的计算公式
微元过程：?Q?TdS 有限过程：Q1?2?T
?21TdS
单位质量：?q?Tds
s
q1?2??Tds
12说明：1. 热量正负号规定。体系吸热，热量为正；体系放热，热量为负。 2. 热量的大小可以用T?s图上过程线下方的面积表示；
3. 热量是个过程量，?q不是全微分。当初终状态一定，而过程经历的途径不同时，热量的大小也各不相同。
4.公式只适用于准静态过程和可逆过程，若非此类过程，不仅不能用上述公式来计算，而且不能用T?s图来表示该过程，对于不可逆过程得热量必须用其它方法来计算。
1.7热力循环
一、热力循环及其分类
循环。 循环分类。
p T 1 a c q1-q2t=wnet
2 3 d 4 经济性指标＝收益 代价b wnet 二、正向循环
正向循环也叫热动力循环。设图为一正向循环的
m
n
v
e
f
s
p-v和T?s图。
循环净功：wnet???w
??q
11
循环净热量：qnet?q1?q2?正向循环的经济性用热效率?t来衡量。?t?w循环收益——循环净功＝net
花费代价——工质吸热量q1?t愈大，即吸入同样的热量q1时得到的循环功wnet愈多，它表明循环的经济性愈好。
三、逆向循环
制冷系数：??q2 wnetp T 1 a b wnet 2 3 d c q1-q2t=wnet 4 热泵系数（供热系数）
q?'?1
wnet与热效率一样，制冷系数和热泵系数愈大，表明循环经济性愈好。
m
n v e f s
本章小结
基本术语和基本概念：热力系、平衡态、准静态过程、可逆过程。 准静态过程实现的条件。 可逆过程实现的条件。
状态参数及其性质、定义、单位；
热量和功量的特征以及可逆过程的热量和功量的计算。 可逆过程的功和热量：
微元过程 注意问题
?W?pdV ?Q?TdS ○1正负号约定 ?w?pdv ?q?Tds ○2面积
有限过程
3过程量 W??pdV Q1?2??TdS ○
1122w1?2??pdv q1?2??Tds ○4适用范围
1122热力循环的分类及评价指标
12
第2章 热力学第一定律
一、基本要求：
①正确识别各种不同形式能量的能力； ②根据实际问题建立具体能量方程的能力； 3应用基本概念及能量方程进行分析计算的能力； ○
4注意焓的引出及其定义式。 ○
二、重点与难点
1、 焓的定义、物理意义、性质；
2、 不同形式的功，稳定流动中几种功的关系； 3、 能量方程的应用。
2.1热力学第一定律的实质
（课时5、6）
功的单位及其相互关系：
在国际单位制中，热和功的单位皆为焦耳（J）； 在工程单位制中，热，kcal；功，kgf·m。
由于1kcal=4.1868kJ=426.935kgf·m
功率：单位时间内所做的功，用P表示，单位（SI）W，kW。 工程制：马力
1W=1J/s；
1kW=1kJ/s=102.kgf.m/s； 1kW=1.36马力； 1马力=0.735kW。
1千瓦在小时内所做的功为—千瓦.小时 1kW.h=3600kJ=860kcal； 1马力在小时内所做的功为——马力.小时 1马力.小时=2646kJ=632kcal。
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上的应用。指出：热能和机械能之间可以互相转化，但总量保持不变。
2.2 热力学能和总能
一、热力学能
热力学能 U，J，kJ；
单位质量的热力学能称为比热力学能（比内能）u，J/kg，kJ/kg。
工质的内能包括：
?平动1?21）工质的内动能?转动 mv?f?T?，当工质的分子可视做质点时，只有平动动能，
2?振动?而无转动和振动动能。
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工程热力学教案1(05版)解析
