当前课程知识点：工程热力学（上） > 第2章 热力学第一定律 > 2-2 热力学第一定律的推论——内能 > Video 2-2 热力学第一定律的推论——内能
在上一小节 我们由焦耳实验推出来
热力学第一定律的表达式
现在我们就由这个表达式
来引出来内能
这个我们由刚才的焦耳实验推出来的
闭口系循环的表达式
我们就把这表达式变换一下形式
也就是说 把功和热量放在一起 放在括号里面
然后我们来看 p-V图上
我们来看两个循环 1经过a到2到c
这是一个循环
对于这个循环 上面那个表达式
就可以分成两项来写
也就是 说1经过a到2这段
然后 再加上2经过c回到1这段
这是一个循环
那个表达式可以写成这两项
然后我们再来看第二个循环
对于循环1经过b到2 然后沿着c又回去
对于这个循环
同样我们可以写出这个表达式
我们对比这两个表达式
我们发现这两个表达式的
后两项是完全相同的
所以说这两个表达式的前两项
应该是彼此相等的
就是我们最后的这个表达式
通过这个表达式
我们再回想一下我们前面讲过的
状态参数的特点是什么
状态参数的变化量与路径无关
所以我们说这个δQ-δW
它应该是状态参数
因为它的变化量与路径没有关系
而这个δQ-δW我们说它是状态参数
这个状态参数
我们取一个名字 叫做内能
这样一来我们把dU=δQ-δW
再变换一下形式 把热量放在左侧
就出现了这样的两个表达式
这两个表达式是热力学第一定律
闭口系的表达式
我们再看两个特例
比如说 对于绝功系
所谓的绝功系 就是没有功
也就是说 功是等于零的
δQ就等于dU
也就是说 与外界交换的热量
等于内能的变化量
再来看一下绝热系
所谓的绝热系
也就是 系统与外界交换的热量等于0
它的热力学第一定律表达式
就是δW=-dU
我们来看一下内能的物理意义
这是一个示意图
一个闭口系 经过一个微元过程
它与外界交换热量δQ
与外界交换功δW
内能的变化量
实际上它代表了在这个微元过程中
系统通过边界交换的微热量与微功量之差值
也就是系统内部能量的变化量
这个我们把它叫做内能
也就是说内能代表了
储存于系统内部的能量
所以我们把它叫做 内部储存能
简称内能 有的教科书上
也把它叫做热力学能
我们来看一下内能的组成
具体地来说
内能它包括分子动能 分子位能
而分子动能又可以分为
分子的移动动能 转动动能和振动动能
分子的动能 从宏观参数来说 它只跟温度有关
或者说 它体现在宏观参数上 它是温度的函数
而分子位能 是跟分子之间的相互作用有关系的
所以它体现的宏观参数是温度和比容
另外 内能还与化学能 核能相关
但是 在我们工程热力学里面 用的是比较少
下面我们把内能进行一个说明
内能是状态参数
大写的U 内能代表广延量
是整个系统所具有的能量
小写的u是代表每千克工质所具有的能量
内能总是以变化量出现的
内能的零点可以人为的确定
这个零点的选择与变化量是没有关系的
我们来看一下系统的总能
在讲到总能之前
首先要来说一下外部储存能
这个外部储存能
实际上大家也比较熟悉
一个是它的宏观动能
也就是 它的质量乘以速度的平方除以2
然后还有一个是重力位能 它跟质量有关 跟所处的位置有关 跟重力加速度相关 是这三者相乘
宏观动能和重力位能放在一起 也叫做机械能
这个大家学过物理应该都知道
我们讲了内能 讲了外部储存能
这两者加起来就是系统的总能
用符号表示
这个总能用E来表示
内能我们说了用U来表示
宏观动能用E来表示 下标用k
然后重力位能也是用E来表示 下标是p
但是对于我们工程热力学来说
一般这个坐标是取在系统上的
如果坐标取在系统上
学过物理的 大家应该都知道
这个时候 它的宏观动能和重力位能就是等于0
也就是说 系统总的能量只剩下内能了
我们再来看一下 热力学第一定律的文字表达式
大家知道刚才说了 热力学第一定律是能量守恒与转换定律
它的文字表达式也很简单
也就是 进入系统的能量 减去离开系统的能量 等于系统总能的变化
这个在后面处理问题的时候
有的时候这个表达式非常好用
下面 我们把这一小节的重点来总结一下
应该说有三点
第一个 内能是状态参数
第二点 闭口系的能量表达式之一是什么
δQ=dU+δW
第三点 热力学第一定律的文字表达式
它是什么
进入系统的能量--离开系统的能量
=系统总能的变化量
这三点大家要清晰地掌握
-0-0 导引
-0-1 热能及其利用
-0-1 作业
-0-2 热能转换装置工作过程简介
-0-2 作业
-0-3 工程热力学的研究内容及方法
-0-3 作业
-0-4 工程热力学与中国能源战略及环保
-0-4 作业
-绪论 章节小测验
-1-1 热力系统
-1-1 作业
-1-2 状态和状态参数
-1-2 作业
-1-3 基本状态参数
-1-3 作业
-1-4 平衡状态
-1-4 作业
-1-5 状态方程、坐标图
-1-5 作业
-1-6 准静态过程与可逆过程
-1-6 作业
-1-7 功量
-1-7 作业
-1-8 热量与熵
-1-8 作业
-1-9 热力循环
-1-9 作业
-第1章小结及讨论习题课
-第1章 章节小测验
-2-1 热力学第一定律的本质
-2-1 作业
-2-2 热力学第一定律的推论——内能
-2-2 作业
-2-3 闭口系统能量方程
-2-3 作业
-2-4 开口系统能量方程与焓
-2-4 作业
-2-5 稳定流动能量方程与技术功
-2-5 作业
-2-6 稳定流动能量方程的应用
-2-6 作业
-第2章小结
-第2章讨论习题课
-第2章 章节小测验
-3-0 导引
-3-1 理想气体状态方程
-3-1 作业
-3-2 比热容
-3-2 作业
-3-3 理想气体的内能、焓、熵和比热容
-3-3 作业
-3-4 理想气体比热容、内能、焓和熵的计算
-3-4 作业
-3-5 研究热力过程的目的和方法
-3-5 作业
-3-6 理想气体的等熵过程
-3-6 作业
-3-7 理想气体热力过程综合分析
--Video 3-7（2）基本过程在p-v图和T-s图上的表示
-3-7 作业
-3-8 气体的压缩
-3-8 作业
-3-9 活塞式压气机压缩过程分析
-3-9 作业
-第3章小结及讨论习题课
-第3章 章节小测验
-4-0 导引
-4-1 热二律的表述与实质
-4-1 作业
-4-2 卡诺定理与卡诺循环
-4-2 作业
-4-3 克劳修斯不等式及熵的引出
-4-3 作业
-4-4 不可逆过程熵的变化
-4-4 作业
-4-5 孤立系统熵增原理
-4-5 作业
-4-6 熵方程及对熵的小结
-4-6 作业
-4-7 熵与不可逆及熵的物理意义
-4-7 作业
-第4章讨论习题课
-4-8 㶲及其计算
-4-8 作业
-第4章 章节小测验
-5-0 导引
-5-0 作业
-5-1 活塞式内燃机动力循环
-5-1 作业
-5-2 活塞式内燃机几种循环的比较
-5-2 作业
-5-3 斯特林循环
-5-3 作业
-5-4 勃雷登循环
-5-4 作业
-5-5 提高勃雷登循环热效率的其它途径
-5-5 作业
-5-6 动力循环的一般规律
-第5章 章节小测验
-期末考试
