热力学基本概念和公式
四个热力学基本公式推导
四个热力学基本公式推导热力学是研究热现象和能量转化规律的科学，其中有四个基本公式在热力学的理论体系中具有极其重要的地位。
这四个公式分别是：dU＝ TdS PdV、dH ＝ TdS ＋ VdP、dA ＝ SdT PdV、dG ＝ SdT ＋VdP 。
接下来，我们逐步推导这四个公式。
首先，我们要明确一些基本的热力学概念。
内能（U）是系统内部能量的总和，焓（H）定义为 H ＝ U ＋ PV ，自由能（A）也称为亥姆霍兹自由能，定义为 A ＝ U TS ，吉布斯自由能（G）定义为 G ＝ H TS 。
我们从热力学第一定律和第二定律出发进行推导。
热力学第一定律表示为 dU ＝δQ δW ，其中δQ 是系统吸收的热量，δW 是系统对外所做的功。
对于可逆过程，δQ ＝ TdS （其中 T 是温度，S 是熵）。
而对于常见的体积功，δW ＝ PdV 。
所以，dU ＝ TdS PdV 。
接下来推导焓的变化公式 dH 。
因为 H ＝ U ＋ PV ，对其求微分可得：dH ＝ dU ＋ PdV ＋ VdP 。
将 dU ＝ TdS PdV 代入上式，得到 dH＝ TdS PdV ＋ PdV ＋ VdP ，整理后可得 dH ＝ TdS ＋ VdP 。
再看自由能 A 的变化公式 dA 。
因为 A ＝ U TS ，对其求微分得到：dA ＝ dU TdS SdT 。
将 dU ＝ TdS PdV 代入，就有 dA ＝ TdS PdV TdS SdT ，化简后得到 dA ＝ SdT PdV 。
最后推导吉布斯自由能 G 的变化公式 dG 。
由于 G ＝ H TS ，求微分可得：dG ＝ dH TdS SdT 。
把 dH ＝ TdS ＋ VdP 代入，得到 dG ＝TdS ＋ VdP TdS SdT ，整理可得 dG ＝ SdT ＋ VdP 。
这四个热力学基本公式反映了热力学系统在不同条件下的能量变化规律，具有广泛的应用。
在实际应用中，比如研究化学反应的方向和限度时，吉布斯自由能的变化是一个关键的判断依据。
写出四个热力学基本方程
写出四个热力学基本方程
1.热力学的四个基本公式：dU=TdS-PdV；dH=TdS+VdP；
dF=-SdT-PdV；dG=-SdT+VdP。
热力学是从宏观角度研究物质的热运动性质及其规律的学科。
属于物理学的分支，它与统计物理学分别构成了热学理论的宏观和微观两个方面。
热力学定律，是描述物理学中热学规律的定律，包括热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。
其中热力学第零定律又称为热平衡定律，这是因为热力学第一、第二定律发现后才认识到这一规律的重要性；热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象中的应用；热力学第二定律有多种表述，也叫熵增加原理。
热力学第一定律也就是能量守恒定律。
自从焦耳以无以辩驳的精确实验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满足守恒关系之后，人们就认为能量守恒定律是自然界的一个普遍的基本规律。
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
2.热力学第二定律的英文解释是熵是趋向于总体增大,比如
1L90度水(A)和1L10度水(B)融合,不会是A的温度增加而 B的温度减小，因为如此的话，总体的熵减小。
如果A 温度降但B温度升高一点，其总体的熵增加。
热力学第三
定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。
或者绝对零度（T=0K即-273.15℃）不可达到。
R.H.否勒和 E.A.古根海姆还提出热力学第三定律的另一种表述形式：任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0K，称为0K不能达到原理。
热力学基本概念
19
第一节 热力学基本概念
• 热力系统（热力系）：人为分割出来作为 热力学分析对象的有限物质系统。 • 外 界：热力系统以外的部分。 • 边 界：系统与外界之间的分界面。
边界可以是实在的，也可以是假想的；可 以是固定的，也可以是移动的。
20
第一节 热力学基本概念
系统与边界：
系统
系统
以空间为系统，进、 出口边界均为假想 边 界，系统与外界 有物 质交换
48
第一节 热力学基本概念
容积功
气缸 飞轮
可 逆 过 程 的 容 积 功 在 p — v 图 中 的 表 示
49
热 源
左止点 右止点
p
1
2
w pdv
1
2
v
第一节 热力学基本概念
p 1 可 逆 过 程 的 容 积 功 在 p — v 图 中 的 表 示
50
2
w
2
1
pdv
v
*强调：1. p v 图上曲线下面的面积代表容积功
26
第一节 热力学基本概念
热力平衡状态满足： 热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的 传递。 力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位 移。 自然界的物质实际上都处于非平衡状态， 平衡只是一种极限的理想状态。工程热力学通 常只研究平衡状态。
27
第一节 热力学基本概念
1.3 基本状态参数
一. 温度
燃烧室
废 气
燃料泵
压 气 机 空 气
燃 料
燃 气 轮 机
17
第一节 热力学基本概念
压缩制冷装置系统简图
18
第一节 热力学基本概念
1.1 工质及热力系 • 工 质：实现热能和机械能相互转化的媒介 物质。 • 热源（高温热源） ：工质从中吸取热能的 物系。 • 冷源（低温热源） ：接受工质放出热能的 物系。 为了研究问题方便，热力学中常把分析 对象从周围物体中分割出来，研究它与周围 物体之间的能量和物质的传递。
热力学第一定律热量与机械能的转化与守恒
热力学第一定律热量与机械能的转化与守恒热力学第一定律是关于能量转化与守恒的基本原理，它描述了热量与机械能之间的关系。
本文将介绍热力学第一定律的基本概念和公式，并且通过实际案例来解释热量与机械能的转化与守恒。
一、热力学第一定律的基本概念热力学第一定律，也称为能量守恒定律，它表明能量在物理过程中的转化是守恒的。
根据热力学第一定律，一个系统的内能的增量等于系统所吸收的热量与系统所做的功的总和。
数学表达式可以表示为：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
根据正负号的不同，可以确定能量的转化方向。
二、热量与机械能的转化热量和机械能是两种不同形式的能量，它们之间可以相互转化。
具体来说，热量可以转化为机械能，而机械能也可以转化为热量。
这种能量转化是通过热力学第一定律来描述的。
当一个系统吸收热量时，其内能会增加，同时可以将一部分热量转化为机械能。
这种转化过程可以通过做功来实现，例如蒸汽机。
蒸汽机中，蒸汽通过对活塞做功使其运动，产生机械能。
这时蒸汽的内能会减少，部分热量被转化为了机械能。
另一方面，当机械能转化为热量时，可以通过做负功来实现。
例如摩擦产生的热量，机械能会被摩擦转化为热量，这时机械能减少，而热量增加。
三、热力学第一定律在实际应用中的案例热力学第一定律在实际应用中有着广泛的应用，以下是一些案例来说明这个原理的应用。
1.汽车发动机汽车发动机是将热能转化为机械能的典型例子。
发动机通过燃烧汽油释放出的热能，使活塞做功，推动汽车前进。
这个过程中热能被转化为了机械能，驱动汽车行驶。
2.热电厂热电厂是将热能转化为电能的设施。
燃煤热电厂中，燃煤产生的高温烟气用来加热水，生成蒸汽。
蒸汽通过涡轮机转动，并带动发电机发电。
在这个过程中，热能被转化为了电能，供给人们使用。
3.电冰箱电冰箱是将机械能转化为热量的设备。
电冰箱内部工作原理是通过压缩机将制冷剂压缩，并进行急剧膨胀，从而将冰箱内的热量带走，使冰箱内的温度下降。
工程热力学基本概念及重要公式
工程热力学基本概念及重要公式1.热力学系统和热力学过程：热力学系统是指一定空间区域内被观察的物质或物体，它可以是一个封闭系统、开放系统或隔离系统。
热力学过程是指系统经历的状态变化过程，可以分为等温过程、绝热过程、等容过程和等焓过程等。
2.热力学第一定律：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表述，即能量守恒原则。
它可以表示为：ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做功。
该定律说明了系统内能的变化等于系统吸收的热量减去系统对外做的功。
3.热力学第二定律：热力学第二定律是热力学中的基本定律之一，也被称为熵增定律。
它可以表述为系统总熵永不减小，即所有自然界的过程和现象都遵循熵增的趋势。
根据熵的定义，dS≥Q/T，其中dS表示系统熵的增量，Q表示吸收的热量，T表示温度。
这个公式说明了系统的熵增量等于吸收的热量除以温度。
4.等温过程和绝热过程：在等温过程中，系统与外界保持温度不变，即温度恒定。
根据理想气体状态方程，PV=常数，即在等温过程中，气体的压强与体积呈反比关系。
在绝热过程中，系统与外界在热量交换上完全隔绝，即吸收或放出的热量为零。
根据理想气体状态方程，PV^γ=常数，其中γ为绝热指数，指的是在绝热过程中，气体压强与体积的幂指数之积的常数。
5.卡诺循环：卡诺循环是热力学中一种完美的热机循环，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。
卡诺循环是理想的热机循环，它在可逆过程中实现了最大的功效率。
卡诺循环的功效率可表示为η=(T1-T2)/T1，其中T1表示高温热源的温度，T2表示低温热源的温度。
6.热力学第三定律：热力学第三定律是热力学中的基本定律之一，它表明在温度等于绝对零度时，所有系统的熵都将趋于零。
这个定律的提出为研究低温物理学和凝聚态物理学提供了重要的基础。
这些是工程热力学中的一些基本概念和重要公式。
工程热力学作为能源工程和热力工程等领域的基础学科，对于能量转换和热力设备的设计与运行具有重要作用。
热力学四个基本公式
热力学四个基本公式
1. 第一定律：能量守恒定律
这一定律也被称为能量守恒定律，反映了能量在物质变化过程中的不灭性和不可创性。
简而言之，能量不会凭空消失，也不会从虚无中突然出现，而是在各种物质变化的过程中被转化和传递。
数学表达式：ΔU = Q - W
其中，ΔU表示系统内部的能量变化，Q表示系统从外界吸收
的热能，W表示系统对外界做功。
2. 第二定律：熵增加定律
熵是描述一个系统的无序度量，且在热力学中有着极其重要的作用。
熵增加定律是指在自然界中，任何一个孤立系统的熵都不可能相等或减少，而只能增加。
简而言之，自然界中的任何过程都趋向于更加无序和混乱。
数学表达式：ΔS ≥ Q/T
其中，ΔS表示系统的熵变，Q表示系统从外界吸收的热能，T 表示系统的温度。
3. 第三定律：绝对零度不能达到定律
绝对零度是指温度为零开尔文的状态，也是绝对零度热力学温标的起点。
根据第三定律，无论如何降低温度，都无法达到绝对零度的状态。
简而言之，绝对零度是物质世界中的温度极限。
数学表达式：k → 0时，S → 0
其中，k表示系统的热容量比值，S表示系统的熵。
4. 能量-熵互化定律
能量和熵在热力学中占据着同等重要的地位，而且还存在着一种关系：能量和熵可以在一定条件下互相转化。
简而言之，能量和熵之间不存在一种绝对隔离的关系。
数学表达式：ΔG = ΔH - TΔS
其中，ΔG表示系统的自由能变化，ΔH表示系统内部的焓变化，ΔS表示系统的熵变。
热力学四个基本公式
热力学四个基本公式热力学是研究物质能量和能量转换规律的科学，它是物理学的一个重要分支，涉及到许多基本公式。
下面将介绍热力学的四个基本公式。
1.热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，它表明能量是守恒的。
根据能量守恒定律，一个系统的能量改变等于系统所接收的热能和做功的和。
这个定律可以用以下公式表示：ΔU=Q-W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统所接收的热能，W表示系统所做的功。
正负号的选择取决于能量的流向，当热能从系统流出或者系统做功时，取负号，反之则取正号。
2.热力学第二定律热力学第二定律描述了能量转换的方向，它基于熵的概念，熵反映了系统的无序程度。
热力学第二定律可以用以下两个常见的公式表示：第一种是克劳修斯不等式：ΔS≥Q/T其中，ΔS表示系统和环境熵的改变，Q表示系统所接收的热能，T表示系统的温度。
根据不等式，当系统吸收热量时，系统和环境的总熵会增加，只有当系统处于绝对零度时（T=0K），熵不会改变。
第二种是熵增原理：ΔS≥0熵增原理表明，孤立系统的熵（无序程度）不会减少，即系统总是倾向于变得更加无序。
3.卡诺循环效率公式卡诺循环是一种理想化的热机循环，它表明了热机的最高效率。
卡诺循环效率公式可以用以下公式表示：η=1-(Tc/Th)其中，η表示卡诺循环的效率，Tc表示冷源的温度，Th表示热源的温度。
根据公式，卡诺循环的效率取决于热源和冷源的温度差，温差越大，效率越高。
4.熵变公式熵变是指系统的熵发生的变化，可以用以下公式表示：ΔS=Sf-Si其中，ΔS表示熵变，Sf表示系统的最终熵，Si表示系统的初始熵。
根据公式，如果ΔS大于零，表示系统的无序程度增加，反之，如果ΔS小于零，则表示系统的无序程度减少。
除了上述的四个基本公式，热力学还有许多重要的公式和定律，例如理想气体状态方程、介导平衡等等。
这些公式和定律是热力学研究的基石，通过它们可以更好地理解物质能量和能量转换的规律。
热力学计算公式整理
热力学计算公式整理热力学是研究物质的热与能的转化关系的学科，是广泛应用于化学、物理、工程等领域的重要理论基础。
在热力学计算中，有一系列公式被广泛应用于热力学参数的计算和分析。
1.热力学基本方程：对于一个热力学系统，其内部能量U可以由其热力学状态变量来表示，常用的基本方程有：U=TS-PV+μN其中，U为内部能量，T为温度，S为熵，P为压力，V为体积，μ为化学势，N为摩尔数。
2.热力学函数的计算：(1)焓（H）的计算公式：H=U+PV其中，H为焓，U为内部能量，P为压力，V为体积。
(2)外界对系统做的功（W）计算公式：W=-∫PdV其中，W为功，P为压力，V为体积，积分为从初态到末态的过程。
(3)熵（S）的计算公式：dS=dQ/T其中，S为熵，dS为熵的微分，dQ为系统的热量变化，T为温度。
(4) Helmholtz自由能（A）的计算公式：A=U-TS其中，A为Helmholtz自由能，U为内部能量，T为温度，S为熵。
(5) Gibbs自由能（G）的计算公式：G=U-TS+PV其中，G为Gibbs自由能，U为内部能量，T为温度，S为熵，P为压力，V为体积。
3.热力学热力学参数的计算：(1)热容的计算公式：Cv=(∂U/∂T)V其中，Cv为定容热容，∂U/∂T为导数，V为体积。
Cp=(∂H/∂T)P其中，Cp为定压热容，∂H/∂T为导数，P为压力。
(2)趋近于绝对零度时的熵变ΔS的计算公式：ΔS = Cvln(T2/T1) + Rln(V2/V1)其中，ΔS为熵的变化，Cv为定容热容，T2和T1为温度的变化，R 为气体常数，V2和V1为体积的变化。
(3)等温过程中的吸热计算公式：q=ΔH=nCpΔT其中，q为吸热，ΔH为焓的变化，n为物质的摩尔数，Cp为定压热容，ΔT为温度的变化。
(4)等温过程中的做功计算公式：w=-ΔG=PΔV其中，w为做功，ΔG为Gibbs自由能的变化，P为压力，ΔV为体积的变化。
- 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)。
第一章热力学基本概念
一、基本概念
热机：可把热能转化为机械能的机器统称为热力发动机，简称热机。
工质：实现热能与机械能相互转换的媒介物质即称为工质。
热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分割开来，这种人为分割的研究对象，称为热力系统。
边界：系统与外界得分界面。
外界：边界以外的物体。
开口系统：与外界有物质交换的系统，控制体（控制容积）。
闭口系统：与外界没有物质的交换，控制质量。
绝热系统：与外界没有热量的交换。
孤立系统：与外界没有任何形式的物质和能量的交换的系统。
状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变，系统内外同时建立热和力的平衡，这时系统的状态就称为热力平衡状态。
状态参数：温度、压力、比容（密度）、内能、熵、焓。
强度性参数：与系统内物质的数量无关，没有可加性。
广延性参数：与系统同内物质的数量有关，具有可加性。
准静态过程：过程进行的非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近于平衡状态。
可逆过程：当系统进行正反两个过程后，系统与外界都能完全回复到出示状态。
膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或者缩小）而通过系统边界向外界传递的机械功。
（对外做功为正，外界对系统做功为负）。
热量：通过系统边界向外传递的热量。
热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列中间过程，最后又回到初始状态。
二、基本公式
⎰⎰=-=0
2
1
1
2
dx x x dx
理想气体状态方程式：
RT pV m =
循环热效率
1
q w net
t =
η 制冷系数
net
w q 2
=
ε 第二章 热力学第一定律
一、基本概念
热力学第一定律：能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定。
热力学能：储存在系统内部的能量（内能、热能） 外储存能：宏观动能和重力位能。
推动功：工质在开口系统中流动而传递的功。
pV 流动功：)(pV ∆
技术功：能够被外界所利用的功。
轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。
稳定流动：工质（流体）流程中的任何位置上，工质的流速及其状态参数均不随时间而变化。
二、基本公式 系统总储存能
gz
c u e mgz mc U E E E U E f f p K ++=++
=++=22
2
12
1 闭口系统能量方程：
)
(2
112可逆⎰+-=+∆=+∆=pdv u u q w
u q W U Q
开口系统能量方程 稳定流动能量方程：
s f w z g c h q +∆+∆+∆=22
1
第三章 理想气体的性质及热力过程
一、基本概念 理想气体：
比定容热容（定容比热）：在定容情况下，单位质量的物体，温度每变化1度所吸收或放出的热量。
比定压热容（定压比热）：
理想气体混合物的压力：道尔顿分压定律 理性气体混合物的容积：亚美格分体积定律 定容过程： 定压过程： 定温过程： 绝热过程： 等熵过程： 多变过程 二、基本公式 比热容定义
dT
du dT q c dT dh
dT q c dT
q
c v v p p =
==
==
δδδ 迈耶公式（梅耶公式）
g v p R c c =-
理想气体的热力学能和焓、熵
T
q
ds dT
c q h pv u h dT
c q u p p v v δ=
==∆+===∆⎰⎰2
12
1
理想气体主要热力过程的基本公式
第四章热力学第二定律
一、基本概念
热力学第二定律：
开尔文说法：不可能制成一种循环动作的热机，它只从一个热源吸热，使之完全转变为有用功，而其他物体不发生任何变化。
克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
卡诺循环：在两个恒温热源间，由两个可逆等温过程和两个可逆绝热（等熵）过程所组成的循环。
卡诺定理：
定理1：在给定的两个恒温热源（相同高温热源和相同低温热源）间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与其循环种类无关，也与工质无关。
定理2：在给定的两个恒温热源间工作的一切不可逆循环，其热效率不可能大于卡诺循环的热效率。
孤立系统熵增原理：在孤立系统中，一切实际过程（不可逆过程）都朝着使系统熵增加的方向进行，或者在极限情况下（可逆过程）系统的熵保持不限，而任何使系统熵减少的过程都是不可能发生的。
二、基本公式
热机效率: 1
212111Q Q
Q Q Q Q w net t -=-==
η 卡诺循环效率：1
212112111T T
T T T Q Q Q Q w net t -=-=-==
η 熵的定义式：
⎰⎰
==∆0
2
1
ds T q
s δ
克劳修斯积分：⎰≤0r
T Q
δ
熵方程： 闭口系统：g f S S T
Q T Q dS δδδδ+=+=
1
开口系统（稳定流动）：
)
(0212211s s m S S s m s m S S S g f g f cv -++=-++=
第五章 实际气体、水蒸汽和湿空气
一、基本概念
对比参数：实际气体任意状态的参数相对于临界参数的对比值。
对比态定律：在相同的压力和温度下，不同气体的比体积是不同的，但是只要它们的r p 和r T 相同，它们的r v 也必定相同，说明各种气体在对应状态下有相同的对比性质。
水蒸汽： 一点：临界点
两线：下界线（饱和水线）、上界线（干饱和蒸汽） 三区：未饱和水区、湿蒸汽区、过热蒸汽区
五态：未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽 绝对湿度：单位体积的湿空气中所含水蒸气的质量。
相对湿度：未饱和湿空气的绝对湿度和饱和湿空气的绝对湿度的比值，表示湿空气中水蒸汽含量的饱和程度。
含湿量：相对于单位质量的干空气所含有的水蒸汽的质量，表示式空气中水蒸气的含量。
如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。