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chapter2热力学第一定律

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例题2-1 一个装有2kg工质的闭口系经历如下过程:过程中系统散热 25kJ ,外界对系统做功 100kJ ,比热力学能减少 15kJ/ kg ,并且整个系统被举高 1000m。试确定过程中系统动能的变化。 解 由于需要考虑闭口系统动能及位能的变化,所以应用第一定律的一般表达式(2-7b),即 2f12QUm cmg z W   于是 2f1KE2 m cQWUmg z  ( 25kJ)( 100kJ)(2kg)( 15kJ/k g)   2-3(2kg)(9.8m/s )(1000m 10 ) = +85.4 kJ 结果说明系统动能增加了 85.4kJ 。 讨论 (1) 能量方程中的Q ,W ,是代数符号,在代入数值时,要注意按规定的正负号含义 代入。 U,mg z 及2f12 m c表示增量,若过程中它们减少应代负值。 (2) 注意方程中每项量纲的一致,为此mg z 项应乘以310 。 例题2-2 一活塞汽缸设备内装有5kg 的水蒸气,由初态的比热力学能 12709.0kJ/ kgu ,膨胀到22659.6kJ/ kgu ,过程中加给水蒸气的热量为 80kJ ,通过搅拌器的轴输入系统 18.5kJ 的轴功。若系统无动能、位能的变化,试求通过活塞所做的功 解 依题意画出设备简图,并对系统与外界的相互作用加以分析。如图2-4所示,这是一闭口系,所以能量方程为 QUW  方程中是总功,应包括搅拌器的轴功和活塞膨胀功,则能量方程为 paddlepistonQUWW  psitonpaddle21()WQ Wm uu (+80kJ)( 18.5kJ)(5kg)(2659.62709.9)kJ/kg  350 kJ  讨论 (1) 求出的活塞功为正值,说明系统通过活塞膨胀对外做功。 (2) 我们提出膨胀功12dWp V ,此题中因不知道 pV过程中的变化情况,因此无法用此式计算pistonW (3) 此题的能量收支平衡列于表2-3中。 输入 / k J 输出/ k J 18.5(搅拌器的轴功) 80.0(传热) 总和:98.5 350(活塞功) 350 总的输出超过了输入,与系统热力学能的减少,即 U=98.5 350= 251.5k J 相平衡。 例题2-3 如图2-5所示的汽缸,其内充以空气。汽缸截面积2100cmA ,活塞距离底面高度10cmH ,活塞以及其上重物的总质量1195kgG 。当地的大气压力ba102kPp ,环境温度027 Ct。当汽缸内的气体与外界处于热平衡时,把重物拿去100kg ,活塞突然上升,最后重新达到热力平衡。假定活塞和汽缸壁之间无摩擦,气体可以通过汽缸壁与外界充分...

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