01基本概念及定义热力学2013培训课件.ppt

第一章 基本概念及定义1第一章 基本概念及定义1-1 热力学系统1-2 热力学系统的状态及基本状态参数1-3 平衡状态和状态参数坐标图1-4 状态方程式1-5 准静态过程和可逆过程1-6 可逆过程的功1-7 热量1-8 热力循环本章小结及作业第一章 基本概念及定义21-1 热力学系统外界：系统之外一切其他物质边界：分割系统与外界的界面 一、热力学系统概念热力学系统（系统，system）： 被事先选作研究对象的某些确定的物质或某个确定空间中的物质 即系统、外界、边界构成了热力学模型所必不可少的三个基本组成部分 边界把系统与外界完全分隔开来，一定是完全封闭的 系统选取是人为的，可依据解决问题的方便、思维方式因人而异， 一般选固定的物质或固定空间中的物质为系统注意：第一章 基本概念及定义3 边界有 真实的、 固定的 假想的、 变动的 之分 系统与外界之间有且仅有三种作用形式，即 质量交换、 热量交换、 功量交换例第一章 基本概念及定义51-2 热力学系统的状态及基本状态参数热力学状态(状态) : 热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况p, v 和 T，是直接可测的 状态参数 ： 用来描述和说明系统系统所处状态的一些宏观物理量, 只与所处状态有关，而与过程、实现的途径无关。

最基本状态参数:1比体积 v单位质量物质占有的体积描述系统内部物质分布状况的参数第一章 基本概念及定义62.压力 (压强) p 流体在单位面积上的垂直作用力 描述流体物质组成的热力系统内部力学状况的参数绝对压力 absolute pressure , p大气压力 atmospheric pressure，pb表压力 gauge pressure，pg 真空度 vacuum pressure，pv 压力的单位： 标准单位：Pa，kPa , MPa 非标准单位：bar、atm、at、mmHg 、mmH2O等 第一章 基本概念及定义73. 温度 Temperature , T ( t )温度是标志系统冷、热程度的参数温度的建立以及测量是以热力学第零定律为基础的热力学第零定律（热平衡定律）The Zeroth Law of Thermodynamics ： 两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则这两个系统彼此也必然处于热平衡 处于同一热平衡态的所有系统，不论是否相互接触，必定有某一宏观特性是彼此相同的，我们把描述此宏观特性的物理量称为温度 一切互为热平衡的系统都具有相同的温度华氏温度与摄氏温度之间的关系：第一章 基本概念及定义8thermodynamic temperature, T , K摄氏温度 centigrade temperature, t , 温标：温度的数值表示方法，国际上普遍采用的是热力学温标。

热力学温度（绝对温度）以水的三相点温度作为热力学温度的固定点，热力学温度与摄氏温度之间的关系：华氏温度 Fahrenheit temperature, t , F （不要求！）第一章 基本概念及定义91-3 平衡状态和状态参数坐标图平衡状态（热力学平衡状态）： 热力学平衡（平衡状态）系统内部以及系统与外界之间不存在任何不平衡势热平衡力平衡相平衡化学平衡稳定平衡态定律： 在外界不产生任何影响的条件下，系统从任何一个非平衡状态出发，经过足够长的时间，总能达到一个而且只有一个稳定的热力学平衡状态在外界不产生任何影响的条件下可以长久保持下去的状态非“作用”即系统的宏观性质不随时间改变的状态第一章 基本概念及定义10系统状态变化，取决于系统和外界间的能量传递 对于常见的气态物质组成的系统，没有化学反应时，即简单可压缩系统，它和外界间传递的能量只有热量和系统容积变化功，因此只要有两个独立的状态参数即可确定系统的状态 状态公理： 确定系统平衡状态所需的独立状态参数的数目，等于系统和外界间进行能量传递方式的数目n+1状态参数坐标图： ex: P-V, T-s, h-s, p-h 应用两个独立状态参数，可组成状态参数坐标图。

注意：图上任意一点代表一个平衡状态；若系统处于不平衡状态, 则无法在状态参数坐标图上描述第一章 基本概念及定义111-4 状态方程式1. 状态方程式 三个基本状态参数(p、v、T)之间的函数关系即： 隐函数形式： F(p，v，T)0 显函数形式：Tf1(p，v)，pf2(v，T)，vf3(p，T) 2. 理想气体状态方程式（克拉贝龙方程） 1kg1kmolm kgn kmolRg气体常数，与气体的种类有关R 通用气体常数M , 气体的摩尔质量，kg/kmol Vm,千摩尔容积， m3/kmol第一章 基本概念及定义121-5 准静态过程和可逆过程1. 热力过程 系统从一个状态出发，经历一系列中间状态而变化到另一个状态所经历的全部过程称为热力过程初态终态条件改变：G为G,使第一章 基本概念及定义13在状态参数坐标图上，可用一条过程曲线定性地表示该准静态过程虚线，表一非准静态过程2. 准静态过程 quasi-static state process 过程中系统经历的是一系列平衡状态，并在每次状态变化时仅是无限小地偏离平衡状态实现准静态过程的条件： 系统和外界0大部分实际过程可以近似地当作准静态过程。

第一章 基本概念及定义143. 可逆过程 Reversible Process 系统经历了一个热力过程后，如果可以沿原过程的途径逆向进行，并使系统和外界都恢复到初态而不留下任何影响，则称系统原先经历的过程为可逆过程可逆过程必须满足的条件：准静态过程；无任何耗散效应耗散效应必产生无法消除的影响）无耗散的准静态过程 = 可逆过程可逆过程是假想的、理想化的模型；一切实际过程都是不可逆的第一章 基本概念及定义151.热力学中功量的定义 功量是系统和外界间通过边界而传递的能量， 且其全部效果表现为举起重物1-6 可逆过程的功2.可逆过程的容积变化功容积变化功（膨胀功或压缩功）： 直接由系统容积变化与外界间发生作用而传递的功 功量是物体间通过有规则的微观运动或宏观运动发生相互作用而传递的能量第一章 基本概念及定义16规定：系统对外界作功，W为正；外界对系统作功，W为负 过程线下面积等于可逆过程中容积变化功的大小， 对微元可逆过程：对可逆过程1-2： 功量是过程量，仅存在于过程中，过程一旦结束，功量这种能量形式就不复存在第一章 基本概念及定义171-7 热量热量：系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量。

热量是物体间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量 热量不可能把它的全部效果表现为举起重物 热量是过程量；热量是传递的能量（瞬时量）区别：热量与功量，热能与热量热量：物体间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量功量：物体间通过有规则的微观或宏观运动发生相互作用而传递的能量热能：物体内部所具有的能量，热力学能，可存储于物体内热量：两物体间传递的热能的数量，不能说“物体含有热量”第一章 基本概念及定义18热量符号规定：系统吸热为正，系统放热为负 过程线下方的面积等于可逆过程所交换的热量的大小， 2.可逆过程的热量对微元可逆过程：对可逆过程1-2：第一章 基本概念及定义193. 热量与功量的类比是物体间通过有规律的微观运动或宏观运动发生相互作用而传递的能量，可以把其全部效果表现为举起重物功：热量：物体间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量，不能把其全部效果表现为举起重物可逆过程中可逆过程中P 工质对外作功的推动力;dv 状态参数比体积的变化:是衡量可逆过程中工质与外界作功与否的标志在p-v图上：一点：一个平衡状态一实线：一个准静态过程曲线下面积：可逆过程中系统所做的容积变化功。

功是过程量T 对热交换起着推动力的作用;ds 状态参数比熵的变化:是衡量可逆过程中工质与外界是否发生热交换的标志在T-s图上：一点：一个平衡状态一实线：一个准静态过程曲线下面积：可逆过程中系统与外界所交换热量热量是过程量第一章 基本概念及定义204. 比热容及用比热容计算热量1kg 物质在可逆过程中温度升高1K(或1)所需的热量即 比定容热容cV：和比定压热容cp：和J/(kgK)质量热容(比热容) ckJ/(kgK)第一章 基本概念及定义21摩尔热容1 mol ( 或1kmol) 物质在可逆过程中温度升高1 K(或1 )所需要的热量，用Cp,m及CV,m表示 单位为 J/(molK) 或kJ/(kmolK).标标准状态态下1 m3的气体在可逆过程中温度升高1K(或1)所需要的热热量，用Cp及CV表示 单单位为为J/(m3K) 或kJ/(m3K)热量的计算：容积热容三种热容的关系：比热容摩尔热容容积热容仅对理想气体适用可逆过程第一章 基本概念及定义221-8 热力循环热力循环（循环）：循环净功量：循环净热量：正循环逆循环系统由初始状态出发，经过一系列中间状态回到初始状态的封闭的热力过程。

可逆循环不可逆循环第一章 基本概念及定义23本章小结1. 热力学系统2. 状态参数的特性，基本状态参数3. 平衡状态4. 状态方程式-理想气体状态方程式5. 准静态过程，可逆过程6. 准静态过程的功、热量的定义，公式7. 热力循环作业。