1第一章 热力学基本概念
合集下载
初中物理第一章 热力学第一定律
R （理想气体） 0 （凝聚系统）
因此， C p ,m CV ,m
§1－3 单纯 pVT 变化的过程热
三、DU 与 DH 的计算 1、对任意纯物质pVT过程
dU dQV nCV ,m dT
∴
DU QV nCV ,m dT
T1
T2
（
dV = 0，W’ = 0 pVT变化
§1－2 热力学第一定律
一、热力学能 动能 系统的能量 势能
机械能
内能：也称热力学能 用 U 表示，单位为 J 或 kJ 注： U 是状态函数，容量性质，U = f(T, V)；
U 的绝对值不可测，只能求其变化值 DU = U2 – U1；
§1－2 热力学第一定律
二、热力学第一定律 1、文字表述 （1）隔离系统无论经历何种变化，其能量守恒； （2）第一类永动机是不可能制成的。 2、数字表达式
dQ p
§1－3 单纯 pVT 变化的过程热
H m 1 H ( )p ( )p n n T T C U 1 U V ( )V ( m )V n n T T Cp Cp
摩尔恒压热容 Cp, m
摩尔恒容热容 CV, m 质量恒压热容 cp 质量恒容热容 cV
C p ,m
dU dQV （dV = 0，W’ = 0） DU QV
（2）适用条件：dV = 0，W’ = 0
§1－2 热力学第一定律
dU dQV DU QV
注： QV 与途径无关；
（dV = 0，W’ = 0）
意义：QV 为 DU 的计算提供数据。
§1－2 热力学第一定律
2、恒压热 Qp 和焓 （1）恒压热 Qp：恒压且非体积功为零
一、系统与环境
因此， C p ,m CV ,m
§1－3 单纯 pVT 变化的过程热
三、DU 与 DH 的计算 1、对任意纯物质pVT过程
dU dQV nCV ,m dT
∴
DU QV nCV ,m dT
T1
T2
（
dV = 0，W’ = 0 pVT变化
§1－2 热力学第一定律
一、热力学能 动能 系统的能量 势能
机械能
内能：也称热力学能 用 U 表示，单位为 J 或 kJ 注： U 是状态函数，容量性质，U = f(T, V)；
U 的绝对值不可测，只能求其变化值 DU = U2 – U1；
§1－2 热力学第一定律
二、热力学第一定律 1、文字表述 （1）隔离系统无论经历何种变化，其能量守恒； （2）第一类永动机是不可能制成的。 2、数字表达式
dQ p
§1－3 单纯 pVT 变化的过程热
H m 1 H ( )p ( )p n n T T C U 1 U V ( )V ( m )V n n T T Cp Cp
摩尔恒压热容 Cp, m
摩尔恒容热容 CV, m 质量恒压热容 cp 质量恒容热容 cV
C p ,m
dU dQV （dV = 0，W’ = 0） DU QV
（2）适用条件：dV = 0，W’ = 0
§1－2 热力学第一定律
dU dQV DU QV
注： QV 与途径无关；
（dV = 0，W’ = 0）
意义：QV 为 DU 的计算提供数据。
§1－2 热力学第一定律
2、恒压热 Qp 和焓 （1）恒压热 Qp：恒压且非体积功为零
一、系统与环境
第1章 热力学第一定律
Extensive properties can be made intensive by normalizing.
5.热力学平衡态
系统在一定环境条件下，经足够长的时间，其各 部分可观测到的宏观性质都不随时间而变，此时系统 所处的状态叫热力学平衡态。 热力学系统，必须同时实现以下几个方面的平衡， 才能建立热力学平衡态： (i) 热平衡—系统各部分的温度T相等；若系统不是绝 热的，则系统与环境的温度也要相等。 (ii) 力平衡—系统各部分的压力p相等；系统与环境的 边界不发生相对位移。 (iii)质平衡—体系和环境所含有的质量不随时间而变。 (iv)化学平衡—若系统各物质间可以发生化学反应，则 达到平衡后，系统的组成不随时间改变。
此公式适合于恒外压过程。 （2）
式中p为系统压力，n为气体的物质的量。此公式适 合于理想气体恒压变温过程。
（3）
式中Wr为可逆功，p为系统的压力。只要知道p、V之 间的函数关系就可以对上式进行积分。此公式适合 于封闭体系可逆过程体积功的计算。
（4）Wr （5） （6）
Wr pdV
V1
V2
并且有
2 A 2 A xy yx
即二阶导数与求导次序无关
对一无限小的增量dA
dA=L(x,y)dx+M(x,y)dy
其中，L和M是独立变量x和y的函数，此时并不能马上断 定 A A dA是否是全微分，即不能断定是否存在一个函数(或性质) x y y x A(x,y)，因为L(x,y),无需是 或M(x, y)无须是 。 L L dA为全微分的充要条件： y x x y 若α L/ αy≠ α M/ αx,则dA并非为全微分；若α L/ α y ＝α M/ α x, 则dA为全微分，且A是体系的一个性质， 它在状态1,2之间的差值为，dA=A2一A1，与路径无关。 断定体系性质是否为状态函数依据：1.自变量是否可 知；2. 体系表征数据的精度是否可靠。
第1章热力学第一定律
物理化学（讲稿）第一章热力学第一定律1.1热力学基本概念（Basic concepts of thermodynamics)1.1.1系统与环境（system and surroundings)系统：被划出来作为研究对象的这部分物体或空间。
环境：系统以外的其它部分。
实际上环境通常是指与系统有相互影响的有限部分。
系统可大可小，大到一座电弧炉及其几十吨钢液与炉渣，小到一个烧杯内盛的少量水，一个系统最少包含一种物质，多者可由几种物质来组成。
例如，炼钢过程中当钢水为系统时，与其有关的炉衬、炉渣及炉气则为环境。
假若研究脱硫、脱磷反应，因为这些反应发生在钢、渣两相界面处，可以把钢液与炉渣视为系统，而与系统有关的炉衬和炉气等则成为环境。
系统与环境间可以存在真实界面，也可以不存在界面。
例如，钢瓶中的氧气为系统，则钢瓶为环境，钢瓶内壁就是一个真实的界面；当研究空气中的氧气时，则空气中的其它气体为环境，此时则不存在界面。
所以不能以有无界面来划分系统与环境。
1）敞开系统：与环境之间既有物质交换，也有能量的传递的系统，称为敞开系统（或开放系统）。
例如，一个盛有热水的玻璃杯，敞开放置，将会向空气中挥发水蒸气，同时散发热量。
（2）封闭系统：与环境之间只有能量传递而没有物质交换的系统，称为封闭系统。
例如，将上例的玻璃杯加盖后，就成为一个封闭系统。
在封闭系统内，可以发生化学变化和由此引起成分变化，只要不从环境引入或向环境输出物质即可。
物理化学上常常讨论这种系统。
冶金过程常把冶金炉（如电炉、高炉、转炉）等看作一个封闭系统，忽略挥发掉的很少量物质。
（3）隔离系统：与环境之间既无物质交换，也无能量传递的系统，称为隔离系统（或孤立系统）；例如，把盛有热水的玻璃杯盖起来，并把它放在一个绝热箱内，把整个绝热箱内的所有物质（水杯和空气）作为一个新系统，那么这个新系统就成为隔离系统。
因为这个系统与环境之间既没有物质交换，也没有能量交换。
1.1.2 系统性质、状态和状态函数广度性质(容量性质) （extensive pro-perty)： 与系统的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。
高等工程热力学 -第一章、热力学基本原理及定义
系统在状态1时:
6.熵与无用能 entropy and unuseful energy
熵本身并不代表能量，但熵与系统无用能中的可变部分 成正比，熵值越大，则系统的无用能越大。
7.
损及熵产 exergy destroyed & entropy production
三、热力学第二定律的普遍表达式
1.熵方程
却水的出口温度。如果环境温度为20℃，试计算换热器
的熵产及 损。
例4-6 刚性容器内贮有4kg空气，现分别采 用由温度为200℃的热库来供热的方法，以及 在绝热条件下输入功量的方法，使空气的温 度从50℃升高到100℃。试计算： （1）空气的热力学能变化、熵值变化及 值变化； （2）热量及功量； （3）若环境温度为25℃，试比较这两种方法 损的大小，并表示在T-S图上。
§1-3 热力学第二定律
一、热力学第二定律的实质及说法
1、热力学第一定律的局限性及热力学第二定律的实质
◆热力学第一定律的实质是能量转换及守恒定律。.
◆任何一个已经完成或正在进行的过程都遵循热力学第一定律。
◆是否满足热力学第一定律的过程，都能够实现？
怎样实现？条件是什么？ 例：①一杯热水放在桌子上，会自发地慢慢变冷。 ②杂技中耍手帕，或热功当量实验。 ③煤气（液化气）泄露事故。 热过程具有方向性。
第一章 热力学基本原理及定义
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型 §1-2 热力学第一定律 §1-3 热力学第二定律
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型
外界分析法的基本思想： 外因是变化的条件，
内因是变化的根据， 外因通过内因起作用。
§1-2 热力学第一定律
实质：能量守恒及转换定律
：系统的能容量， ：系统的热力学能；
6.熵与无用能 entropy and unuseful energy
熵本身并不代表能量，但熵与系统无用能中的可变部分 成正比，熵值越大，则系统的无用能越大。
7.
损及熵产 exergy destroyed & entropy production
三、热力学第二定律的普遍表达式
1.熵方程
却水的出口温度。如果环境温度为20℃，试计算换热器
的熵产及 损。
例4-6 刚性容器内贮有4kg空气，现分别采 用由温度为200℃的热库来供热的方法，以及 在绝热条件下输入功量的方法，使空气的温 度从50℃升高到100℃。试计算： （1）空气的热力学能变化、熵值变化及 值变化； （2）热量及功量； （3）若环境温度为25℃，试比较这两种方法 损的大小，并表示在T-S图上。
§1-3 热力学第二定律
一、热力学第二定律的实质及说法
1、热力学第一定律的局限性及热力学第二定律的实质
◆热力学第一定律的实质是能量转换及守恒定律。.
◆任何一个已经完成或正在进行的过程都遵循热力学第一定律。
◆是否满足热力学第一定律的过程，都能够实现？
怎样实现？条件是什么？ 例：①一杯热水放在桌子上，会自发地慢慢变冷。 ②杂技中耍手帕，或热功当量实验。 ③煤气（液化气）泄露事故。 热过程具有方向性。
第一章 热力学基本原理及定义
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型 §1-2 热力学第一定律 §1-3 热力学第二定律
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型
外界分析法的基本思想： 外因是变化的条件，
内因是变化的根据， 外因通过内因起作用。
§1-2 热力学第一定律
实质：能量守恒及转换定律
：系统的能容量， ：系统的热力学能；
工程热力学第一章
（3）好处：用系统的参数来计算；可以作 好处：用系统的参数来计算； 为实际过程中能量转换效果比较的标准和极 限；可把实际过程当作可逆过程进行分析计 然后再用经验系数加以修正。 算，然后再用经验系数加以修正。 （4）热量和功量 热量和功量都是过程量， 热量和功量都是过程量，它们的大小不仅与 过程的初终状态有关， 过程的初终状态有关，而且与过程的性质有 关。 可逆过程的功量： 可逆过程的功量： w = ∫ pdv 可逆过程的热量： 可逆过程的热量： q = ∫ Tds
C B A
课后题1 课后题1-5；1-6；1-9
（c）系统内部状态参数不随时间而变化 （d）系统内部状态不发生改变 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 t1 t2的两热源保持 t1 t2 不变，取此杆为系统， 不变，取此杆为系统， 则系统处于（ 则系统处于（B）。 平衡状态， （a）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变 非平衡状态， （b）非平衡状态，因其各截面温度不等 平衡状态， （c）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变，且流入系统的热量等于流出系统的热量 非平衡状态， （d）非平衡状态，因其处于重力场
4.基本状态参数：温度、压力、 4.基本状态参数：温度、压力、比体积 基本状态参数 温度： （1）温度：是热平衡的惟一判据
t = T − 273.15
（2）压力Βιβλιοθήκη p = B + pg
p = B−H
（3）比体积 二、平衡状态、状态公理及状态方程 平衡状态、 1.定义 是指在没有外界作用的情况下， 定义： 1.定义：是指在没有外界作用的情况下， 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 2.实现平衡的条件： 2.实现平衡的条件：系统内部及系统与外界 实现平衡的条件 之间各种不平衡势差消失
第1章 热力学概念简介课件培训
第0定律：A与B,C分别单独达到平衡态，则B与C一定达 到平衡态。
经验上说，B与C具有了相同的温度，或，是温度达 到了平衡。
概念：温度 T=T(X,Y) ——对于简单系统。
温标：对温度的定量描述，热力学中常用的有两种温标： 开耳文温标（又叫绝对热力学温标）和理想气体温标。
三：状态方程：
气体在平衡态时，可由气体的状态参量描述。温度可以写 成函数T=T(X,Y)，或者f(X,Y,T)=0 —— 称为状态方程。
dQ dT P
定容热容量：
cV
lim Q T 0 T V
dQ dT V
等容过程中：dV=0，则 dU V dQV
cV
dQ dT V
U T V
对于磁介质系统： 定磁场热容量：
定磁矩热容量：
cH
lim Q T 0 T H
dQ dT H
cM
lim Q T 0 T M
1 V
V T P
1 V
V P T
dV dT dP
V
两边积分，即为要证明的等式。
若 1 1
T
P
ln V ln T ln P c0
ln PV T
c0
得到状态方程为：PV
c0 'T
（理想气体）
第5节 麦克斯韦关系及其应用
本节介绍麦克斯韦关系，并且讨论TdS方程和内能方程。
解：理想气体状态方程：PV=nRT
V nRT P
P nRT V
V nR T P P P nR T V V
等温条件下，dT=0，则VdP+PdV=0
V V P T P
1 V 1 nR 1 V T P V P T
1 P nR 1 P T V PV T
经验上说，B与C具有了相同的温度，或，是温度达 到了平衡。
概念：温度 T=T(X,Y) ——对于简单系统。
温标：对温度的定量描述，热力学中常用的有两种温标： 开耳文温标（又叫绝对热力学温标）和理想气体温标。
三：状态方程：
气体在平衡态时，可由气体的状态参量描述。温度可以写 成函数T=T(X,Y)，或者f(X,Y,T)=0 —— 称为状态方程。
dQ dT P
定容热容量：
cV
lim Q T 0 T V
dQ dT V
等容过程中：dV=0，则 dU V dQV
cV
dQ dT V
U T V
对于磁介质系统： 定磁场热容量：
定磁矩热容量：
cH
lim Q T 0 T H
dQ dT H
cM
lim Q T 0 T M
1 V
V T P
1 V
V P T
dV dT dP
V
两边积分，即为要证明的等式。
若 1 1
T
P
ln V ln T ln P c0
ln PV T
c0
得到状态方程为：PV
c0 'T
（理想气体）
第5节 麦克斯韦关系及其应用
本节介绍麦克斯韦关系，并且讨论TdS方程和内能方程。
解：理想气体状态方程：PV=nRT
V nRT P
P nRT V
V nR T P P P nR T V V
等温条件下，dT=0，则VdP+PdV=0
V V P T P
1 V 1 nR 1 V T P V P T
1 P nR 1 P T V PV T
第一章热力学第一定律
经验 总结 总结归纳提高 引出或定义出 解决 的 能量效应(功与热) 过程的方向与限度 即有关能量守恒 和物质平衡的规律 物质系统的状态变化 第一章 热力学第一定律 §1.1 热力学基本概念1.1.1 热力学的理论基础和研究方法1、热力学理论基础热力学是建立在大量科学实验基础上的宏观理论，是研究各种形式的能量相互转化的规律，由此得出各种自发变化、自发进行的方向、限度以及外界条件的影响等。
⇨ 热力学四大定律：热力学第一定律——Mayer&Joule ：能量守恒，解决过程的能量衡算问题(功、热、热力学能等)；热力学第二定律——Carnot&Clousius&Kelvin ：过程进行的方向判据； 热力学第三定律——Nernst&Planck&Gibson ：解决物质熵的计算；热力学第零定律——热平衡定律：热平衡原理T 1=T 2，T 2=T 3，则T 1= T 3。
2、热力学方法——状态函数法⇨ 热力学方法的特点： ①只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；（p 、V 、T etc ） ②只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。
⇨ 局限性：不知道反应的机理、速率和微观性质。
只讲可能性，不讲现实性。
3、热力学研究内容热力学研究宏观物质在各种条件下的平衡行为：如能量平衡，化学平衡，相平衡等，以及各种条件对平衡的影响，所以热力学研究是从能量平衡角度对物质变化的规律和条件得出正确的结论。
热力学只能解决在某条件下反应进行的可能性，它的结论具有较高的普遍性和可靠性，至于如何将可能性变为现实性，还需要动力学方面知识的配合。
1.1.2 热力学的基本概念1、系统与环境⇨ 系统（System ）：热力学研究的对象(微粒组成的宏观集合体)。
在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余部分分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。
第01章-热力学基本定律1-资料
themegallery
[例题]:
在等压下，一定量理想气体B由10 dm3膨胀到16 dm3，并吸热700J，求W与ΔU ? 解： 初态，p 10 dm3 等 压 过 Q 程 7 0J， 0终态， p 16 dm3
Wp(V2V 1)[10136215 03]J60J8
themegallery
3. 准静态过程
定义：在过程进行中的任何时刻系统都处于平衡态 的过程。
4. 可逆过程
定义：由一系列非常接近于平衡的状态所组成 的，中间每一步都可以向相反的方向进行而不在环 境中任何痕迹的过程称为可逆过程。
themegallery
特点： ①可逆过程是由一系列非常接近于平衡的状态所 组成. ②过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方 向到达。 ③经历可逆过程后，当系统复原时，环境也完全 复原而没有留下任何影响和痕迹。
1. 热力学第一定律表述： 热力学第一定律即能量守恒与转化定律：自然界 的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式， 能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中， 能量的总值保持不变。 经验表述：第一类永动机是造不成的。
themegallery
2. 热力学第一定律的数学表达式
ΔU = Q + W 对一微小表化，
例题：教材第10页
在298.15K 下1mol C2H6 完全燃烧时，过程所 作的功是多少（反应系统中的气体视为理想气 体）?
解： C2H6 (g) + 3.5O2 (g) = 2CO2 (g) + 3H2O (l)
WRT B(g)= [- (2 - 3.5 - 1)×8.314×298.15]J
欢迎
第一章 热力学基本定律
1.1 热力学基本概念 1.2 热力学第一定律 与内能、焓、功、热 1.3 气体系统典型过程分析 与可逆过程、热机效率 1.4 热力学第二定律与熵、熵判据 1.5 熵变的计算与应用：典型可逆过程和可逆途径的设计 1.6 自由能函数与自由能判据:普遍规律与具体条件的结合 1.7 封闭系统热力学函数间的关系:4个基本方程 1.8 自由能函数改变值的计算及应用:可逆途径的设计
[例题]:
在等压下，一定量理想气体B由10 dm3膨胀到16 dm3，并吸热700J，求W与ΔU ? 解： 初态，p 10 dm3 等 压 过 Q 程 7 0J， 0终态， p 16 dm3
Wp(V2V 1)[10136215 03]J60J8
themegallery
3. 准静态过程
定义：在过程进行中的任何时刻系统都处于平衡态 的过程。
4. 可逆过程
定义：由一系列非常接近于平衡的状态所组成 的，中间每一步都可以向相反的方向进行而不在环 境中任何痕迹的过程称为可逆过程。
themegallery
特点： ①可逆过程是由一系列非常接近于平衡的状态所 组成. ②过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方 向到达。 ③经历可逆过程后，当系统复原时，环境也完全 复原而没有留下任何影响和痕迹。
1. 热力学第一定律表述： 热力学第一定律即能量守恒与转化定律：自然界 的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式， 能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中， 能量的总值保持不变。 经验表述：第一类永动机是造不成的。
themegallery
2. 热力学第一定律的数学表达式
ΔU = Q + W 对一微小表化，
例题：教材第10页
在298.15K 下1mol C2H6 完全燃烧时，过程所 作的功是多少（反应系统中的气体视为理想气 体）?
解： C2H6 (g) + 3.5O2 (g) = 2CO2 (g) + 3H2O (l)
WRT B(g)= [- (2 - 3.5 - 1)×8.314×298.15]J
欢迎
第一章 热力学基本定律
1.1 热力学基本概念 1.2 热力学第一定律 与内能、焓、功、热 1.3 气体系统典型过程分析 与可逆过程、热机效率 1.4 热力学第二定律与熵、熵判据 1.5 熵变的计算与应用：典型可逆过程和可逆途径的设计 1.6 自由能函数与自由能判据:普遍规律与具体条件的结合 1.7 封闭系统热力学函数间的关系:4个基本方程 1.8 自由能函数改变值的计算及应用:可逆途径的设计
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2011-11-18
第一章
热力学基本概念
2011-11-18
学习导引
本章介绍了许多重要的概念， 本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中， 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来， 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解， 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。 有机的联系起来。
2011-11-18
常用状态参数
可直接或间接测量 基本状态参数
温度（ ）、压力（ ）、比体积（ ） ）、压力 ）、比体积 温度（T）、压力（p）、比体积（v）
导出状态参数
热力学能（ ）、 ）、焓 热力学能（U）、焓（H）和熵（S） ）和熵（ ）
2011-11-18
二、 基本状态参数
１．温度
——用来标志物体冷热程度的物理量。 用来标志物体冷热程度的物理量。 用来标志物体冷热程度的物理量 • 温度是热平衡的判据 。
2011-11-18
学习要求
• • 理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类。 理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类。 理解热力状态和状态参数的定义；掌握状态参数的特征、分 理解热力状态和状态参数的定义；掌握状态参数的特征、 类，基本状态参数的物理意义和单位；掌握绝对压力、表压 基本状态参数的物理意义和单位；掌握绝对压力、 力和真空度的关系。 力和真空度的关系。 掌握平衡状态的物理意义及实现条件。 掌握平衡状态的物理意义及实现条件。 了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用。 了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用。 理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系， 理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系， 能正确判定准平衡过程和可逆过程。 能正确判定准平衡过程和可逆过程。
2011-11-18
压 力
• 压力的测量 测压计 压力的测量:
2011-11-18
压力
• 三种压力
绝对压力 p 表压力 pg 真空度 pv p = pg + pb p = pb − pv ( pb :当地大气压力 )
只有绝对压力才是状态参数
2011-11-18
压力
p、pg、pv与pb间的关系
pg
第一篇 工 程 热 力 学
2011-11-18
工程热力学是从工程应用的角度研究热能与机械能 工程热力学是从工程应用的角度研究热能与机械能 之间相互转换的规律。 之间相互转换的规律。 工程热力学是各种动力装置、制冷装置、 工程热力学是各种动力装置、制冷装置、热泵空调机 锅炉及各种热交换器进行分析和计算的理论基础。 组、锅炉及各种热交换器进行分析和计算的理论基础。 本篇主要讲述：热力学的基本概念及基本定律（ 本篇主要讲述：热力学的基本概念及基本定律（热力 学第一定律、热力学第二定律）； ）；理想气体的热力性质和 学第一定律、热力学第二定律）；理想气体的热力性质和 热力过程；参与能量转换与传递的工作介质（水蒸气、 热力过程；参与能量转换与传递的工作介质（水蒸气、混 合气体、湿空气等）的热力性质；蒸汽动力循环； 合气体、湿空气等）的热力性质；蒸汽动力循环；气体和 蒸汽的流动等工程热力学基础知识。 蒸汽的流动等工程热力学基础知识。
2011-11-18
三、 热力系的分类
边界
（1）封闭热力系
与外界有能量传 递 , 无物质交换的系统。 无物质交换的系统。 系统的质量恒定不变。 系统的质量恒定不变 。 气缸 活塞
2011-11-18
（2）开口热力系
与外界有能量、 与外界有能量、 物质交换的系统。 物质交换的系统。 系统的容积始终保 持变。 持变。
• • •
2011-11-18
本章难点
• 本章的许多概念比较抽象，较难理解。学习中应将抽 本章的许多概念比较抽象，较难理解。 象的概念与具体的物理量或图形联系起来。 象的概念与具体的物理量或图形联系起来。 • 在工程热力学中普遍采用抽象和简化的方法，为此， 在工程热力学中普遍采用抽象和简化的方法，为此， 应对研究方法的实用性和科学依据有比较深刻的理解。 应对研究方法的实用性和科学依据有比较深刻的理解。
进口
1 1
汽轮机 边界
2 出口
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。 量交换的系统。
2011-11-18
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（ 与外界既无能量（功、热量）交 热量） 换又无物质交换的系统。 换又无物质交换的系统。
2011-11-18
特殊热力系
如:热源 热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。 化的物体。 提供热量的热源称 高温热源； 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源 低温热源。 的热源称为低温热源。
2011-11-18
热力学温标
英国物理学家开尔文（ Kelvin)在热力学第二 英国物理学家开尔文 （ Kelvin) 在热力学第二 定律基础上建立，也称绝对温标 绝对温标。 定律基础上建立，也称绝对温标。
基本状态参数
用热力学温标确定的温度称为热力学温度 用热力学温标确定的温度称为热力学温度。 热力学温度。 热力学温标取水的三相点为基准点， 热力学温标取水的三相点为基准点 ， 并定义 其温度为273. 温差1 相当于水的三相点温 其温度为273.16 K。 温差1K相当于水的三相点温 度的1 273.16。 度的1/273.16。
2011-11-18
热力学温标与摄氏温标的关系
温差: 温差: 1 K = 1 ℃ T
=t
+ 273.15 273.
或 T = t + 273
2011-11-18
基本状态参数
2. 压力
——指单位面积上承受的垂直作用力 即压强 . 指单位面积上承受的垂直作用力(即压强 指单位面积上承受的垂直作用力 即压强) • 压力的实质 大量分子向容器壁面撞击的平均结果. 压力的实质:大量分子向容器壁面撞击的平均结果 大量分子向容器壁面撞击的平均结果 • 压力的符号: p 压力的符号: • 压力的单位: Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2 ），1
２．状态参数
——描述工质热力状态的宏观的物理量。 描述工质热力状态的宏观的物理量。
状态参数特征： 状态参数特征： 特征 • 状态参数的变化量只与初、终态有关，与所经历的路径 状态参数的变化量只与初、终态有关， 无关。 无关。 • 经历一个循环，状态参数的变化量必为零。 经历一个循环，状态参数的变化量必为零。 • 状态参数与状态一一对应。 状态参数与状态一一对应。
2011-11-18
第一节 工质和热力系
一、工质
1. 什么是工质 ? 什么是工质 ——实现热能与机械能相互传递与转换的媒介物 实现热能与机械能相互传递与转换的媒介物 质。 2. 工质特性 可压缩、易膨胀、易流动 工质特性:可压缩 易膨胀、 可压缩、 3. 常用工质 常用工质: 热机循环中: 水蒸气、 热机循环中 水蒸气、空气 、燃气 、 热泵循环中: 制冷循环 、热泵循环中 氨 、氟里昂
高温热源
吸热Q 吸热Q1 作功W 作功W
热机
机械能
放热Q 放热Q2
低温热源
2011-11-18
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热 量传递和能量转 换的过程中, 换的过程中, 其
汽机轮 锅 炉 凝 汽 器
状态不断发生变 化．
2011-11-18
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态 简称状态。 简称状态。 状态
2011-11-18
热力系
过热蒸汽 发电机
高温热源 吸热Q 吸热Q1 作功W 作功W 热机 机械能 放热Q 放热Q2 低温热源
锅 炉
汽轮机
循环水 乏汽
凝汽器
水泵 冷却水
2011-11-18
热力系
过热器 锅 炉 凝热Q 吸热Q1 作功W 作功W
热机
机械能
温度相等
• 温度的测量 温度计 温度的测量: • 温度的数值表示: 温标 温度的数值表示
温 标 摄氏温标 热力学温标
2011-11-18
热平衡
温度及符号 摄氏温度t 摄氏温度 热力学温度T 热力学温度
单 位 ℃ K
关 系 T=t+273.15 = 或 T=t+273 = 1K=1℃
摄氏温标
瑞典天文学家摄尔修斯（ Celsius） 1742年 瑞典天文学家摄尔修斯 （ Celsius ） 于 1742 年 建立。 建立。 在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 ℃ ，纯 水的沸点温度为 沸点温度为100 纯水的三相点（ 水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、 汽三相平衡共存的状态点）温度为0 01℃ 汽三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。 选择水银的体积作为温度测量的物性， 选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其 随温度线性变化，并将0 随温度线性变化，并将0 ～100 ℃温度下的体积差 均分成100份 每份对应1 均分成100份，每份对应1 ℃。
2011-11-18
蒸汽动力循环示意图
过热蒸汽 过热器 锅 炉 凝 汽 器 给水泵
2011-11-18
汽机 轮
发电机
锅 炉
汽轮机
乏汽 循环水
凝汽器
水泵 冷却水
二、 热力系、 边界与外界
1. 热力系
——在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为 在工程热力学中，
研究的对象，并将之人为划分出来,称为热力系统，简称 研究的对象，并将之人为划分出来 称为热力系统， 人为划分出来 称为热力系统 热力系或系统。 热力系或系统。 • 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 泵中的水、 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机 泵中的水
第一章
热力学基本概念
2011-11-18
学习导引
本章介绍了许多重要的概念， 本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中， 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来， 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解， 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。 有机的联系起来。
2011-11-18
常用状态参数
可直接或间接测量 基本状态参数
温度（ ）、压力（ ）、比体积（ ） ）、压力 ）、比体积 温度（T）、压力（p）、比体积（v）
导出状态参数
热力学能（ ）、 ）、焓 热力学能（U）、焓（H）和熵（S） ）和熵（ ）
2011-11-18
二、 基本状态参数
１．温度
——用来标志物体冷热程度的物理量。 用来标志物体冷热程度的物理量。 用来标志物体冷热程度的物理量 • 温度是热平衡的判据 。
2011-11-18
学习要求
• • 理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类。 理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类。 理解热力状态和状态参数的定义；掌握状态参数的特征、分 理解热力状态和状态参数的定义；掌握状态参数的特征、 类，基本状态参数的物理意义和单位；掌握绝对压力、表压 基本状态参数的物理意义和单位；掌握绝对压力、 力和真空度的关系。 力和真空度的关系。 掌握平衡状态的物理意义及实现条件。 掌握平衡状态的物理意义及实现条件。 了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用。 了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用。 理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系， 理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系， 能正确判定准平衡过程和可逆过程。 能正确判定准平衡过程和可逆过程。
2011-11-18
压 力
• 压力的测量 测压计 压力的测量:
2011-11-18
压力
• 三种压力
绝对压力 p 表压力 pg 真空度 pv p = pg + pb p = pb − pv ( pb :当地大气压力 )
只有绝对压力才是状态参数
2011-11-18
压力
p、pg、pv与pb间的关系
pg
第一篇 工 程 热 力 学
2011-11-18
工程热力学是从工程应用的角度研究热能与机械能 工程热力学是从工程应用的角度研究热能与机械能 之间相互转换的规律。 之间相互转换的规律。 工程热力学是各种动力装置、制冷装置、 工程热力学是各种动力装置、制冷装置、热泵空调机 锅炉及各种热交换器进行分析和计算的理论基础。 组、锅炉及各种热交换器进行分析和计算的理论基础。 本篇主要讲述：热力学的基本概念及基本定律（ 本篇主要讲述：热力学的基本概念及基本定律（热力 学第一定律、热力学第二定律）； ）；理想气体的热力性质和 学第一定律、热力学第二定律）；理想气体的热力性质和 热力过程；参与能量转换与传递的工作介质（水蒸气、 热力过程；参与能量转换与传递的工作介质（水蒸气、混 合气体、湿空气等）的热力性质；蒸汽动力循环； 合气体、湿空气等）的热力性质；蒸汽动力循环；气体和 蒸汽的流动等工程热力学基础知识。 蒸汽的流动等工程热力学基础知识。
2011-11-18
三、 热力系的分类
边界
（1）封闭热力系
与外界有能量传 递 , 无物质交换的系统。 无物质交换的系统。 系统的质量恒定不变。 系统的质量恒定不变 。 气缸 活塞
2011-11-18
（2）开口热力系
与外界有能量、 与外界有能量、 物质交换的系统。 物质交换的系统。 系统的容积始终保 持变。 持变。
• • •
2011-11-18
本章难点
• 本章的许多概念比较抽象，较难理解。学习中应将抽 本章的许多概念比较抽象，较难理解。 象的概念与具体的物理量或图形联系起来。 象的概念与具体的物理量或图形联系起来。 • 在工程热力学中普遍采用抽象和简化的方法，为此， 在工程热力学中普遍采用抽象和简化的方法，为此， 应对研究方法的实用性和科学依据有比较深刻的理解。 应对研究方法的实用性和科学依据有比较深刻的理解。
进口
1 1
汽轮机 边界
2 出口
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。 量交换的系统。
2011-11-18
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（ 与外界既无能量（功、热量）交 热量） 换又无物质交换的系统。 换又无物质交换的系统。
2011-11-18
特殊热力系
如:热源 热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。 化的物体。 提供热量的热源称 高温热源； 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源 低温热源。 的热源称为低温热源。
2011-11-18
热力学温标
英国物理学家开尔文（ Kelvin)在热力学第二 英国物理学家开尔文 （ Kelvin) 在热力学第二 定律基础上建立，也称绝对温标 绝对温标。 定律基础上建立，也称绝对温标。
基本状态参数
用热力学温标确定的温度称为热力学温度 用热力学温标确定的温度称为热力学温度。 热力学温度。 热力学温标取水的三相点为基准点， 热力学温标取水的三相点为基准点 ， 并定义 其温度为273. 温差1 相当于水的三相点温 其温度为273.16 K。 温差1K相当于水的三相点温 度的1 273.16。 度的1/273.16。
2011-11-18
热力学温标与摄氏温标的关系
温差: 温差: 1 K = 1 ℃ T
=t
+ 273.15 273.
或 T = t + 273
2011-11-18
基本状态参数
2. 压力
——指单位面积上承受的垂直作用力 即压强 . 指单位面积上承受的垂直作用力(即压强 指单位面积上承受的垂直作用力 即压强) • 压力的实质 大量分子向容器壁面撞击的平均结果. 压力的实质:大量分子向容器壁面撞击的平均结果 大量分子向容器壁面撞击的平均结果 • 压力的符号: p 压力的符号: • 压力的单位: Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2 ），1
２．状态参数
——描述工质热力状态的宏观的物理量。 描述工质热力状态的宏观的物理量。
状态参数特征： 状态参数特征： 特征 • 状态参数的变化量只与初、终态有关，与所经历的路径 状态参数的变化量只与初、终态有关， 无关。 无关。 • 经历一个循环，状态参数的变化量必为零。 经历一个循环，状态参数的变化量必为零。 • 状态参数与状态一一对应。 状态参数与状态一一对应。
2011-11-18
第一节 工质和热力系
一、工质
1. 什么是工质 ? 什么是工质 ——实现热能与机械能相互传递与转换的媒介物 实现热能与机械能相互传递与转换的媒介物 质。 2. 工质特性 可压缩、易膨胀、易流动 工质特性:可压缩 易膨胀、 可压缩、 3. 常用工质 常用工质: 热机循环中: 水蒸气、 热机循环中 水蒸气、空气 、燃气 、 热泵循环中: 制冷循环 、热泵循环中 氨 、氟里昂
高温热源
吸热Q 吸热Q1 作功W 作功W
热机
机械能
放热Q 放热Q2
低温热源
2011-11-18
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热 量传递和能量转 换的过程中, 换的过程中, 其
汽机轮 锅 炉 凝 汽 器
状态不断发生变 化．
2011-11-18
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态 简称状态。 简称状态。 状态
2011-11-18
热力系
过热蒸汽 发电机
高温热源 吸热Q 吸热Q1 作功W 作功W 热机 机械能 放热Q 放热Q2 低温热源
锅 炉
汽轮机
循环水 乏汽
凝汽器
水泵 冷却水
2011-11-18
热力系
过热器 锅 炉 凝热Q 吸热Q1 作功W 作功W
热机
机械能
温度相等
• 温度的测量 温度计 温度的测量: • 温度的数值表示: 温标 温度的数值表示
温 标 摄氏温标 热力学温标
2011-11-18
热平衡
温度及符号 摄氏温度t 摄氏温度 热力学温度T 热力学温度
单 位 ℃ K
关 系 T=t+273.15 = 或 T=t+273 = 1K=1℃
摄氏温标
瑞典天文学家摄尔修斯（ Celsius） 1742年 瑞典天文学家摄尔修斯 （ Celsius ） 于 1742 年 建立。 建立。 在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 ℃ ，纯 水的沸点温度为 沸点温度为100 纯水的三相点（ 水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、 汽三相平衡共存的状态点）温度为0 01℃ 汽三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。 选择水银的体积作为温度测量的物性， 选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其 随温度线性变化，并将0 随温度线性变化，并将0 ～100 ℃温度下的体积差 均分成100份 每份对应1 均分成100份，每份对应1 ℃。
2011-11-18
蒸汽动力循环示意图
过热蒸汽 过热器 锅 炉 凝 汽 器 给水泵
2011-11-18
汽机 轮
发电机
锅 炉
汽轮机
乏汽 循环水
凝汽器
水泵 冷却水
二、 热力系、 边界与外界
1. 热力系
——在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为 在工程热力学中，
研究的对象，并将之人为划分出来,称为热力系统，简称 研究的对象，并将之人为划分出来 称为热力系统， 人为划分出来 称为热力系统 热力系或系统。 热力系或系统。 • 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 泵中的水、 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机 泵中的水