5.3　热力学基本公式

5.3.1　热力学第一定律

热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的应用和描述。它确立了热能与其他能量形式（如各种机械能、电能、化学能等）在相互转换和传递时能量的总量始终保持守恒的数量关系。热力学第一定律的一般表达式为

∑Ei-∑ΔEout=ΔE

式中　　 ∑Ei——输入系统的各种能量的总和；

　∑ΔEout——输出系统的各种能量的总和；

　ΔE——系统存储总能量的增加，增加项ΔE包括内能U，系统宏观动能和宏观位能（mgz）各项增量的总和，即

上式各项能量均为绝对值，并规定，系统对外界做功和外界对系统加热均定为正号。

表1-5-38　功和热、内能和焓的基本公式

表1-5-39　热力学第一定律能量方程

5.3.2　热力学第二定律

（1）热力学第二定律的表述（表1-5-40）

表1-5-40　热力学第二定律的表述

（2）卡诺循环

由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成的循环称为卡诺（Carnot）循环（见图1-5-1）。

卡诺循环的热效率（又称为卡诺因子）为

ηc=1-T2/T1

逆卡诺循环的制冷系数为

εc=T2/（T1-T2）

逆卡诺循环的供热系数为

ε'c=T1/（T1-T2）

图1-5-1　卡诺循环

5.3.3　状态方程

表1-5-41　状态方程

5.3.4　热力学基本方程和麦克斯韦（Maxwell）关系式

对于简单的可压缩均匀气体系统，在经历可逆过程时，其热力参数间的关系，可由热力学第一定律和第二定律推导得出

du=Tds-pdv

dh=Tds+vdp

da=-sdT-pdv

dg=-sdT+vdp

麦克斯韦关系式为

利用这些关系式可以导出用可测参数表示的h、s和u的热力学微分方程，见表1-5-42。

表1-5-42　内能、焓、熵和常用物性系数的一般表达式

5.3.5　比热容

表1-5-43　比热容的基本公式

表1-5-44　气体的平均等压比热容　　kJ/（kg·K）

表1-5-45　气体的平均等容比热容　　kJ/（kg·K）

5.3.6　热力过程基本方程

表1-5-46　热力过程的基本方程

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