准静态过程
§4.1.1准静态过程
由于在热传导过程中， 固体温度处处不同，它不满
足热学平衡条件 ， 因而经过的每一个中间状
温度T固体
态都不是平衡态，故该过
程不是准静态过程。
T0温度热源
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要使物体温度从 T1 变为 T0 过程是准静态的，应
要求任一瞬时，物体中各部分间温度差均在非常小
ΔT 范围之内。
要求ΔT << T ，其中 T 为这一瞬时物体平均温度。
•而在实际过程中的“满足”常常是有一定程度的近似 的。
只要系统内部各部分间(或系统与外界间) 的压
强差△p、温度差△T ，以及同一组分在各处的 分子数密度之间的差异△n ,
分别满足 △p << p，△T << T, △n << n ,
就可认为系统已分别满足力学、热 学、化学 平衡条件了。
• 实际上我们不易测出系统内部各部分的压强、温度及
• 例如可采用一系列温度彼此相差 ΔT 的恒温热源， 这些热源的温度从 T1 逐步增加到 T0 ,使物体依次与
一系列热源接触。
T1 T1 T T1 2T
T0 T T0
一系列热源，其温度依次递增ΔT 并且ΔT <<T0
在这样的过程中，中间经历的每一个状态都可认为 是平衡态，因而整个过程可认为是准静态过程。
§4.1 可逆与不可逆过程
§4.1.1准静态过程
• 在§1.2 讲到，系统达到平衡态后，它的状态可在
状态图上以一个点表示。只要媒质状态不变，系统状 态也不会变。 • 但是一旦外界条件变化，系统平衡态必被破坏，以 后系统在外界决定的新条件下达到新的平衡。
一种理想的状态变化过程是，外界的状态参量每次只
准静态热力学过程
准静态热力学过程热力学过程是指物质由一个状态变为另一个状态的过程，而准静态热力学过程是指在此过程中物质的每一个中间状态都可以近似看作平衡态。
这种过程可以用于研究热力学系统的性质与特性，为我们理解物质的热力学行为提供了重要的参考依据。
1. 热力学基本概念回顾在讨论准静态热力学过程之前，我们先回顾一下一些热力学的基本概念：系统、状态、过程、平衡等。
•系统：指将研究对象从周围环境中分离出来研究的部分，可以是封闭系统、开放系统或孤立系统。
•状态：指系统所具有的一组确定的宏观性质的集合，如压力、温度、体积等。
•过程：指系统从一个状态变为另一个状态的演化过程。
•平衡：指热力学系统的某个状态与周围环境没有任何差别，即系统处于静止状态。
2. 准静态过程与非准静态过程的区别在热力学中，准静态过程是指系统的每个中间状态都可以近似看作平衡态的过程。
而非准静态过程则是指系统的中间状态不能近似看作平衡态的过程。
准静态过程与非准静态过程的主要区别在于过程中的热力学状态变化的速度。
在准静态过程中，系统的变化速度非常缓慢，使得系统在每一个中间状态都有足够的时间达到平衡。
而在非准静态过程中，系统的变化速度较快，使得系统无法达到平衡态。
准静态过程的特点包括：•系统内部各点温度、压力等宏观性质基本相等；•系统与外界之间处于无限接近平衡的状态，能够实现最大的功输出。
非准静态过程的特点包括：•系统内部各点温度、压力等宏观性质存在差异；•系统与外界之间存在较大的非平衡状态，能够实现的功输出较小。
对于实际系统，准静态过程是一个理想化的过程，因为真实系统难以达到无限接近平衡的状态，但准静态过程的概念仍然对热力学的研究有重要的指导意义。
3. 热力学第一定律与准静态过程热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现。
对于一个封闭系统，在准静态过程中，热力学第一定律可以写作：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表示系统对外界做的功。
热力学准静态过程
热力学准静态过程
引言
热力学准静态过程是指在物质系统内部发生变化的温度、压强和物质量都是恒定，而热流和工作量都是等于零的过程。
典型的热力学准静态过程由温度T和压力P所描述，但这并不意味着系统永远保持不变。
准静态过程中的变化一般是非常缓慢的，只有在微小的时间间隔内才能发现。
因此，准静态过程是一种热力学过程，它伴随着温度、压强以及系统内物质总量的变化，但热流及热量的流动均等于零。
准静态过程有两个特殊的过程，即恒压过程和恒定温度过程。
在恒压过程中，系统内部的物质总量是恒定的，而温度和压强都会变化，此时热流也可能不等于零。
而在恒定温度过程中，系统内物质总量仍然保持不变，但压强和温度都会变化，而热流仍然等于零。
准静态过程的定义是：物质系统中的温度、压力和物质总量均保持恒定，热流和工作量都等于零的一种过程。
结论
准静态过程是一种对温度、压力和物质总量的变化很小的过程，而热流和工作量等于零。
它可以分为恒压和恒定温度两种过程，在恒压过程中，温度和压强可以变化，而恒定温度过程中，压强和温度可以变化，但热流仍然等于零。
它被广泛应用于工程和物理科学实验中，具有重要的意义和应用价值。
- 1 -。
准静态过程的三个条件
准静态过程的三个条件准静态过程堪称是理论物理中最基础的概念之一，其在热力学领域、流体力学中都有广泛的应用。
准静态过程是指热力学系统通过外部对其施加缓慢变化外场的过程，处于基本与外部恒态平衡的状态，使系统的热力学性质发生缓慢变化的过程。
然而，准静态过程不是随意发生的，必须满足三个条件：1. 系统处于内部平衡状态要满足准静态过程的第一个条件，就必须使系统不断地处于内部平衡状态。
内部平衡状态是指系统在平衡状态下内部各个部分的物理状态始终相等，而在准静态过程中，系统的温度、压强等物理状态应该随着时间缓慢变化。
因此，在每个时刻，系统内部各部分的物理状态应保持平衡并随着时间的变化呈缓慢变化。
2. 外场变化率很小要实现准静态过程的第二个条件，就需要使外场的变化率很小。
通常，外场变化率较小是指，外场的变化时间远大于系统中的弛豫时间。
弛豫时间是指，系统内的物理过程所需的时间。
弛豫时间随着物理过程的不同而变化，如果外场变化速度大于弛豫时间，系统将无法达到内部平衡状态，从而无法实现准静态过程。
3. 外场的变化是可逆的准静态过程的第三个条件是，外场的变化应该是可逆的。
这一条件非常重要，可逆过程是指，在完全相反的集成模拟下可以恢复原始状态的过程。
一旦外场变化是不可逆的，这意味着系统不再沿同一路径回到原始状态，熵值始终在增加，系统最终会变成混沌状态，这就是不可逆过程的实现。
这三个条件是准静态过程发生的必要条件。
这些条件有些不能完全满足，但可以接近满足。
热力学过程的准静态过程应该是平衡过程和非平衡过程的结合，热力学的理论建立在研究系统在平衡态下的宏观行为，而准静态过程是将热力学中的平衡态和非平衡态联系在一起的桥梁。
因此，在实际应用中，研究准静态过程，特别是在非平衡态下研究准静态过程，是十分重要的。
10-1 准静态过程 功 内能和热量
总热量：
Q Q
10-1 准静态过程 功 内能和热量
10.2
热力学第一定律
第10章 热力学定律
10.2.1 热力学第一定律 某一过程，系统从外界吸热 Q，对外 界做功 A，系统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
A ΔE Q
内能是状态量， A、 Q是过程量
对微元过程：
Q dE A
热一律的另一种表述： 第一类永动机制不成 对准静态过程： Q E2 E1
V2
V1
pdV
10.2.2 热容
C
Q
dT
单位：J/mol· K
• 摩尔热容量 C ，
• 比热容 c ， 单位：J/kg· K
Q 为过程量
C为过程量
经常用到1摩尔物质在等体过程以及在等压过程中的热 容量，称为摩尔定体热容和摩尔定压热容，分别定义 为：
CV ,m
i R 2
C P ,m
i2 R 2
2i i
i=3
单原子气体：
双原子气体： 多原子气体：
1.67
i=5
i=6
1.40
1.33
用 C
V ,m
CP,mγ值和实验比较，常温下符合很好
t 200 C
CV ,m R 2
P 1.01105 pa
CP ,m R 2
P
A
(PB,VB,TB)
V2
V1
pdV
O
VA
dV
VB
V
说明 δA>0：系统对外做功 系统所作的功在数值上 等于P-V 图上过程曲线 以下的面积。
作功与过程有关 。
p 下，气体准静态地由体积 V1 例 计算在等压 的过程系统对外界所做的功。
准静态热力学过程
准静态热力学过程准静态热力学过程是指系统内外压强之差足够小，导致系统内外压强之间可以达到平衡的热力学过程。
在这种过程中，系统的内能、体积和温度发生变化，但其变化速率足够慢，使得系统始终处于平衡状态。
准静态热力学过程在热力学研究中具有重要的地位，它可以用于理解和描述许多实际过程，如气体膨胀、压缩、传热等。
本文将从准静态热力学过程的定义、特点、应用以及实际案例等方面进行阐述。
一、准静态热力学过程的定义与特点准静态热力学过程是指系统在变化过程中的每一个瞬间都处于平衡状态的过程。
在这个过程中，系统内外压强之差足够小，使得系统内外可以达到平衡。
与之相对的是非准静态热力学过程，这种过程中系统内外的压强差较大，导致系统无法达到平衡状态。
准静态热力学过程的特点可以归纳为以下几点：1. 系统处于平衡状态：在准静态热力学过程中，系统的各个部分都处于平衡状态，不存在任何不均衡现象。
2. 变化速率足够慢：准静态热力学过程中，系统的各个参量的变化速率足够慢，使得系统可以保持平衡状态。
3. 系统内外压强之差足够小：准静态热力学过程中，系统内外的压强差足够小，使得系统内外可以达到平衡。
准静态热力学过程在热力学研究中有着广泛的应用。
它可以用于理解和描述许多实际过程，如气体膨胀、压缩、传热等。
1. 气体膨胀：在准静态热力学过程中，气体的体积发生变化，但变化速率足够慢，使得气体可以保持平衡状态。
准静态膨胀过程可以用来描述气体在容器中逐渐膨胀的过程。
2. 气体压缩：准静态热力学过程也可以用来描述气体的压缩过程。
在准静态压缩过程中，气体的体积逐渐减小，但变化速率足够慢，使得气体可以保持平衡状态。
3. 传热：准静态热力学过程也可以用来描述热传导过程。
在准静态传热过程中，热量逐渐传递到系统中，但变化速率足够慢，使得系统可以保持平衡状态。
三、准静态热力学过程的实际案例准静态热力学过程在实际生活和工程中有着广泛的应用。
以下是一些实际案例：1. 冷却系统：在制冷系统中，准静态热力学过程用于描述制冷剂在制冷循环中的膨胀和压缩过程。
准静态过程定义
准静态过程定义准静态过程是指一种介于静态过程和动态过程之间的特殊过程。
在准静态过程中，系统在某个时期内可以被视为处于静态状态，而在其他时期则表现出动态的行为。
特征准静态过程具有以下特征：1.长时间内保持基本静态状态：在准静态过程中，系统会在一段较长的时间内保持基本静态状态，即系统的状态变化缓慢，不会如动态系统那样频繁变化。
2.细微的不连续性：尽管系统的状态变化缓慢，但在某些时刻会发生细微的不连续性，导致某些属性或指标的突变。
这些不连续性可能是由于外部因素的影响或内部的系统调整引起的。
3.系统响应速度较慢：由于准静态过程的特点，系统的响应速度通常比动态过程慢。
系统在发生变化后需要一定的时间来适应新状态并调整相关参数。
4.时变性：准静态过程在一定时间尺度内可能是稳定的，但随着时间的推移，系统的状态和行为可能发生变化，不再保持静态。
应用领域准静态过程在许多科学领域中都有应用，例如：物理学在物理学中，准静态过程常用于描述系统在平衡状态下经历缓慢变化的过程。
例如，准静态过程可以用来描述气体在恒定温度和压力下的膨胀和压缩过程。
工程学在工程学中，准静态过程常应用于系统控制和优化中。
通过将系统建模为准静态过程，可以通过调整参数和输入来优化系统的性能。
例如，在控制系统中，准静态过程可以用来描述系统对输入信号的响应过程。
生态学生态学中的生态系统也常常被视为准静态过程。
在较长时间尺度上，生态系统的结构和组成可能保持相对稳定。
然而，随着时间的推移和环境变化，生态系统的状态也会发生变化。
经济学在经济学中，准静态过程被用来描述经济系统的长期均衡状态。
经济系统在一段时间内可能会经历周期性的扰动，但在长期均衡状态下，系统的关键指标如价格、供求关系等会保持稳定。
数学描述准静态过程可以通过微分方程或差分方程来描述。
以微分方程为例，假设系统的状态为变量x，时间为t，则准静态过程可以表示为：dx/dt = f(x, t)其中f(x, t)为系统状态变量x和时间t的函数。
准静态过程定义
准静态过程定义准静态过程是指在一个系统中，某些物理量的变化非常缓慢，以至于可以近似地认为它们是恒定的。
这种过程在物理学、化学、工程学等领域中都有广泛的应用。
在本文中，我们将探讨准静态过程的定义、特点、应用以及与其他过程的比较。
一、准静态过程的定义准静态过程是指系统中某些物理量的变化非常缓慢，以至于可以近似地认为它们是恒定的。
这些物理量可以是温度、压力、体积、质量等。
在准静态过程中，系统的状态变化非常缓慢，以至于系统可以被视为处于平衡状态。
因此，准静态过程也被称为“平衡过程”。
二、准静态过程的特点准静态过程具有以下特点：1. 系统处于平衡状态：在准静态过程中，系统的状态变化非常缓慢，以至于系统可以被视为处于平衡状态。
这意味着系统中的各个物理量都是恒定的。
2. 可逆性：准静态过程是可逆的，因为系统在过程中始终处于平衡状态。
这意味着系统可以在任何时候沿着相反的方向进行。
3. 热力学过程：准静态过程是热力学过程的一种，因为它涉及到系统中的物理量的变化。
4. 系统的变化非常缓慢：在准静态过程中，系统的变化非常缓慢，以至于可以近似地认为它们是恒定的。
三、准静态过程的应用准静态过程在物理学、化学、工程学等领域中都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用：1. 热力学系统的分析：准静态过程是热力学系统分析的基础。
通过对系统中物理量的变化进行分析，可以得出系统的热力学性质。
2. 工程设计：准静态过程在工程设计中也有广泛的应用。
例如，在设计热交换器时，需要考虑热量的传递过程。
准静态过程可以帮助工程师更好地理解热量传递的过程。
3. 化学反应：准静态过程在化学反应中也有应用。
例如，在研究化学反应的动力学过程时，需要考虑反应速率的变化。
准静态过程可以帮助化学家更好地理解反应速率的变化。
四、准静态过程与其他过程的比较准静态过程与其他过程相比，具有以下特点：1. 与等温过程的比较：等温过程是指系统中温度恒定的过程。
与等温过程相比，准静态过程中的温度变化非常缓慢，以至于可以近似地认为它是恒定的。
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1-1 热力系统 一、系统、边界与外界
热力系统的定义：将所要研究的对象与周围分隔开来，这种 人为分隔出来的研究对象，称为热力系统（简称系统） 。
系统以外的一切物质统称为外界。系统与外界的界面称为 边界。
系统与外界之间，通过边界进行能量的传递与物质的迁移。
界面的特性: 可以是真实的， 也可以是虚拟的； 可以是固定的， 也可以是运动的。
① 比容 单位质量物质所占有的容积，称为比容。
表达式
vV m
m3/kg
② 密度 单位容积的物质所具有的质量，称为密度。
表达式
m
V
kg/m3
③ 重度 单位容积内所含有物质的重量，称为重度。
表达式 G mg
VV
N /m3
三、强度性参数与广延性参数
①强度参数——与系统内包含物质的多少无关。 如：温度、压力、比容、比内能、比焓、比熵等。 ②广延参数——与系统内包含物质的多少有关。
３）温标 为进行温度测量，需要有温度的数值表示方法，测量温 度的标尺称为温标。
建立任何一种温标都要选择测温物质及其物质的特性、规定 温标的基准点及分度方法。
常用的温标 ①摄氏温标 t ℃
常用的温标
基 准 点：标准大气压力下纯水的冰点和沸点温度为基准 点，规定冰点温度为0℃。沸点温度为100℃。
分度方法：认定测温物质的测温属性随温度的变化是线性 的。0℃与100℃这两个基准点之间分成100等分, 每一等分为1度。
而不平衡势差彼此独立
独立参数数目N=不平衡势差数
=能量转换方式的数目 =各种功的方式+热量= n+1 n 容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等
简单可压缩系统：N = n + 1 = 2
三、状态方程
定义：反映工质处于平衡状态时基本状态参数之间的关
系式，称为状态方程。 对于简单可压缩系统,状态方程:
1-2工质的热力状态及其基本状态参数
一、状态与状态参数
热力状态定义:工质在热力变化过程中某一瞬间表现的工质
热力性质的总状况，称为热力状态（简称为状态） 。
状态参数定义: 描述工质宏观特性的物理量称为状态参数。
状态参数的数学特性：
2
1 dx x2 x1 或
热力学中常用的状态参数：
Ñ dx 0
实现平衡的充要条件：无内部、外部势差。
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
稳定不一定平衡，但平衡一定稳定
平衡与均匀
平衡：时间上 均匀：空间上
平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的
二、状态公里
闭口系： 不平衡势差 状态变化 能量传递
消除一种不平衡势差 达到某一方面平衡 消除一种能量传递方式
v f (T, p) 或 f (T , p, v) 0
状态参数坐标图
p
T
p1
1
T1
1
v1 v
v1 vHale Waihona Puke 1-4 准静态过程与可逆过程
平衡状态
状态不变化
能量不能转换
闭口系统
开口热力系
热力系统
1
m
2
WQ
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系
1+2+3+4 孤立系
4
3
非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力系统的分类Ⅱ
三、按照系统内部的情况可划分
1.单相系—系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的称为一 个相，由单一物相组成的系统称为单相系。 2.复相系—有两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、 气组成称三相系。 3.单元系—由一种化学成分组成的系统称为单元系。 4.多元系—由两种或两种以上物质组成的系统称为多元系。 5.均匀系—成分和相在整个系统空间呈均匀分布称为均匀系 6.非均匀系—在整个系统空间非均匀分布称为非均匀系
热力系统、界面、外界例Ⅰ
界面
外界 热 热力系统
源
外界
热力系统、界面、外界例Ⅱ
界面
系统
系统
研究气缸中的气体(打开阀门)。是什么热力系？
热力系、界面、外界例Ⅲ
界面
外界
系统
外界
热力系、界面、外例Ⅳ
系统
界面
二、热力系统的分类
(一)按系统与外界之间的相互联系划分： 1.闭口系统—系统与外界无物质交换的热力系统。 2.开口系统—系统与外界有物质交换的热力系统。 3.绝热系统—系统与外界无热量交换的热力系统。 4.孤立系统—系统与外界之间不发生任何能量传 递和物质交换的系统。
上式计算出的是热力系的真实压力称为绝对压力 p。
由气压计测量出来的压力称为大气压力 B。
由压力表测量出来的压力称为表压力 pg。 表压力pg、大气压力B和绝对压力p之间的关系如下：
U形管式压力计示意图
U形管式压力计示意图
B
B
p
pg
p>B
P=B+pg
p
H 真空度
P<B
P=B-H
3.比容、密度和重度
②热力学温标Ｔ Ｋ
基 准 点：纯水的汽、液、固三相平衡共存的状态点(三相 点)为基准点，并规定它的温度为273.16K。
热力学温标与摄氏温标之间的关系： t = T—273.15
２.压力 单位面积上所受到的垂直作用力。
表达式
p F A
N /m2 或 Pa
常用的压力单位间的关系
1kPa 103 Pa 1bar 105 Pa 1MPa=106 Pa
温度、压力、比容、热力学能（内能）、焓、熵。
二、基本状态参数
基本状态参数： 能够用仪器仪表直接或间接测量的参数称 为┄。
如 ：温度、压力、比容
1.温度
１）热力学第零定律 如果两个物体分别和第三个物
体处于热平衡，则它们彼此之间也 必然处于热平衡，这一规律称为热 力学第零定律。
状２态）参温数度温度 将描述热平衡的这一宏观特性的物理量，称为温度。
如：总内能、总焓、总熵等。
1-3 平衡状态、状态公里及状态方程
问题：如何定量描述工质的状态？
一、平衡状态 定义:一个热力系,在不受外界影响（重力场除外）的
条件下，如果宏观热力性质不随时间变化，系统内外同时 建立了热和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态， 简称为平衡状态。
温差 — 热不平衡势 压差 — 力不平衡势 化学反应 — 化学不平衡势
第一章 基本概念
教学目标: 使学生熟练掌握热力学研究的基本概念。 知识点：热力系统；工质热力状态及基本状态参数； 平衡状态；准静态过程、可逆过程；热力循环。 重 点：三种典型的热力系统；p、v、T三个状态参 数的物理意义；测温测压装置；绝对压力和相对压力 的计算；可逆过程的判定准则。 难 点：使学生理解并掌握抽象的热力学基本概念， 是本章的难点。