理解热力学第一定律：电冰箱与空调器效应分析

"该资源包含了《工程热力学》第五版的部分习题及解答，主要涉及第2-3章内容，特别是热力学第一定律的应用。" 热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是物理学的基本原理之一。它指出，在一个封闭系统中，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。在这个过程中，系统的总能量保持不变。在工程热力学中，这一原理被用来理解和分析能量转换和传递的过程。 3.1基本要求中提到的几个关键概念包括： 1. **热量**：在热力过程中能量的转移，通常与温度差有关。 2. **储存能**：物体或系统内部包含的能量，如内能和势能。 3. **功**：能量的传递因物体位移或形状改变而发生，如膨胀功、轴功、技术功和流动功。 4. **内能**：系统内部所有粒子动能和势能的总和，是物质固有的能量。 5. **焓**：内能加上系统与环境交换的势能（通常在压力势能中体现），是热力学状态的一个重要参数。 3.2本章重点强调了如何运用热力学第一定律解决问题： 1. 选择合适的热力系统，明确系统边界。 2. 建立并列出系统的能量平衡方程。 3. 利用已知条件简化方程，求解未知量。 4. 对结果进行合理性检查，确保符合物理意义。 此外，还要理解热力学第一定律的实质，掌握不同表达式及其适用条件，比如闭口系统的能量方程ΔU = Q + W，其中ΔU是系统内能的变化，Q是系统吸收或放出的热量，W是系统对外做的功或外界对系统做的功。 3.3中的例题进一步解释了热力学第一定律的应用： 例1讨论了敞开冰箱大门的效果。冰箱运行时，电能转化为内能，导致房间内空气的内能增加，温度升高。这里，冰箱系统并不考虑热量传递，而房间作为一个绝热系统，其内能增加是因为电功的输入。 例2则涉及到空调器的作用。空调器工作时，通过散热片向外部环境放热，使得房间内的热量Q为负值，尽管电功W也为负，但由于Q > W，所以系统内能减小，温度下降。 这两个例子清楚地展示了热力学第一定律在实际生活中的应用，同时也强调了选择合适系统和正确理解功与热量对系统能量变化影响的重要性。