热力系统的特性和分类
热力学基本概念
(vi) 对抗恒定外压过程 始终态压力不相等。
psu＝常数。
状态2
(vii)自由膨胀过程(向真空膨胀过程)。
如图1-1所示，
状态1 循环过程 图1-1气体向真空膨胀
以后我们会讲到，此过程没有体积功。
（自由膨胀）
气体 真空
(3)相变化过程与饱和蒸气压 相变化过程：一定条件下聚集态的变化过程。如
气体
(T,p)
(i) 对于一定量组成不变的均相流体系统，系统的任意宏观
性质是另外两个独立的宏观性质的函数: Z＝f(x,y)，如
理想气体
V nRT p
就是说，这些状态函数之间是有一定的内在联系和制约关系的， 所以一个体系的状态不需要把所有的量都确定，可以通过他们 之间的关系来确定其它的量。联系它们之间关系的方程式称为 状态方程。除PV=nRT外，热力学中还要讲到许多状态方程。
压力—临界压力(pc), pc(CO2)=7.38MPa 体积—临界摩尔体积(Vm,c),Vm,c(CO2)=94×10-6m3·mol-1
Tc , pc , Vm,c 统称临界参量。一些物质的临界参量见表1.2。
表1.2 一些物质的临界参量
物质
He H2 N2 O2 H2O CH4 C2H 4 C6H6 C2H5 OH
b 图1-3
a g
{Vm,c} CO2 定温p-Vm,c 图
温度升高，如T2 ，p-V 线上定压水平段缩短，到温度T2缩
为一点c，此几即为临界状态。临界状态是气液不可分的状态。
T1 T2 Tc T3 {p}
c l
b 图1-3
a g {Vm,c}
CO2 定温p-Vm,c 图
临界状态:
温度—临界温度(Tc),Tc(CO2)=304.2K
大学化学中对于系统的概念(一)2024
大学化学中对于系统的概念（一）引言概述：在大学化学课程中，系统是一个关键的概念。
系统可定义为一组相互作用的物质或化学实体，研究它的性质和行为在化学科学中具有重要意义。
本文将对大学化学中对于系统的概念展开讨论，着重从不同角度和层次对系统进行分析。
正文：一、系统的定义与分类1. 物质系统的定义2. 开放系统与封闭系统的区别3. 热力学系统的分类4. 热力学平衡与非平衡系统的特征5. 动态系统的概念及其应用二、系统的组成与相互作用1. 系统组成的基本要素2. 物质的组分与反应3. 系统中的相变和相平衡4. 不同组分之间的相互作用5. 系统中的物质流动与能量传递三、系统的能量与热力学性质1. 系统的能量储存与转化2. 系统的热容与热容量的计算3. 热力学第一定律与能量守恒4. 热力学第二定律与系统的熵变5. 系统的热力学性质与平衡条件四、系统的行为与动力学特性1. 系统的平衡与稳定性2. 化学反应速率与反应机制3. 动力学平衡与化学平衡4. 化学平衡的平衡常数与表达式5. 平衡常数与温度的关系五、系统的测量与分析方法1. 实验方法与技术2. 分析方法与仪器3. 系统的模拟与计算4. 定量分析与定性分析5. 数据处理与结果解释总结：系统是大学化学中一个重要的概念，不仅涉及到系统的定义与分类，还包括系统的组成与相互作用、系统的能量与热力学性质、系统的行为与动力学特性以及系统的测量与分析方法。
对于理解化学现象和探索化学规律具有重要的意义。
通过对系统的深入研究，我们能够更好地理解和应用化学知识，推动化学科学的发展。
工程热力学知识点(精心整理)
（×）湿饱和蒸汽的焓等于饱和水的焓加上干度乘以汽化过程中饱和水变成干饱蒸汽所吸收的热量。
（×）理想气体经历一可逆定温过程，由于温度不变，则工质不可能与外界交换热量。
13、在绝热良好的房间内，有一台设备完好的冰箱在工作，在炎热的夏天打开冰箱，人会感到凉爽，问室内温度是否会越来越低？请用热力学原理加以解释。
CQ>0, ΔU>0 , W=0DQ=（ D ）。
A适用于任意循环；
（×）熵增可用来度量过程的不可逆性，所以熵增加的过程必是不可逆过程，
（√）某理想气体经历了一个内能不变的热力过程，则该过程中工质的焓变也为零。
（×）容器中气体的压力没有变化，则安装在容器上的压力表读数也不变。
（×）水蒸气的定温过程中，能满足 q = w的关系式。
（√）在临界点上，饱和液体的焓一定等于干饱和蒸汽的焓。
6、 对与有活塞的封闭系统，下列说法是否正确?
1) 气体吸热后一定膨胀，内能一定增加。
答：根据热力学第一定律，气体吸热可能使内能增加，也可能对外做功，或者两者同时进行；关键是吸热量能否完全转变为功，由于气体的定温膨胀过程可使得吸收的热量完全转化为功，内能不增加，所以说法错误。
2）气体膨胀时一定对外做功。
C. ηA<ηB D.不能确定.
（4）、在闭口绝热系中进行的一切过程,必定使系统的熵( D )
A 增大. B 减少.
C. 不变 D. 不能确定
（5）、在房间内温度与环境温度一定的条件下,冬天用热泵取暖和用电炉取暖相比,从热力学观点看( A )
A.热泵取暖合理. B.电炉取暖合理.
C.二者效果一样. D.不能确定.
（6）、闭口系能量方程为( D )
1-热力系统及汽轮机热力特性
1.汽轮机热力特性
(2) 最 大 连 续 功 率 (TMCR ， turbine maximum continuous rating)
是指在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数下，主蒸汽流量与铭牌功 率的进汽量相同，考虑年平均水温等因素规定的背压（设计背压）， 补给水率为0%及回热系统正常投入，扣除非同轴励磁、润滑及密 封油泵等的功耗，在额定功率因数、额定氢压(氢冷发电机)下发电 机端输出的功率。该功率为供方的保证功率，并能在保证的寿命期 内安全连续地运行(根据我国的背压条件6.3～4.9kPa，该最大保证 功率一般可能比铭牌功率大3%～6% )。
• 3）超超临界汽轮机转子冷却技术研究
• 国家重大技术装备研制项目“超临界机组研究”，主要内容 包括：
• 1）超临界汽轮发电机组转子动力学特性研究
• 2）超临界汽轮机可靠性设计技术研究3
• 3）超临界汽轮机高中压缸及转子设计开发和工艺研究
• 4）超临界汽轮机主汽阀调节阀研制
• 5）超临界汽轮机低压缸及转子设计开发和工艺研究
汽轮机 热耗降 低相对
值 % 0 -0.571 -1.08
汽轮机 热耗降 低相对
值 % 0 -40.2 0 -41 0 -42.5
汽轮机循环 热效率相对
提高值 % 0
0.57 1.10
汽轮机循环 热效率相对
提高值 % 0
0.54 0
0.56 0
0.58
事实上，参 数每提高一 步，都与材 料技术进步 息息相关。 选择蒸汽参 数，不仅要 看机组的经 济性，更要 比较设备的 价格和整个 电站的可靠 性。
汽轮机工况定义-传统
1.汽轮机热力特性
机组工况定义
进汽量 功率
背压 补水量
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
高等工程热力学
高等工程热力学介绍热力学是研究能量转化和热效应的科学。
而高等工程热力学则是在原有的基础上针对工程领域的应用进行深入研究的学科。
本文将介绍高等工程热力学的基本概念、原理和应用，以及相关的一些实例。
热力学基本概念热力学的基本概念有热力学系统、热力学过程、热力学性质等。
一个热力学系统是指进行能量交换的物理系统，可以是封闭系统、开放系统或者孤立系统。
热力学过程是指系统从一种状态变换到另一种状态的过程，可以是等温过程、绝热过程、等压过程等。
热力学性质是指描述热力学系统的特性，比如温度、压力、体积等。
热力学原理高等工程热力学基于热力学原理进行研究。
其中，热力学第一定律是能量守恒原理，它表明能量不能被创造或者毁灭，只能从一种形式转换为另一种形式。
热力学第二定律是能量传递的方向性原理，它表明热量自然地从高温物体流向低温物体，而不会反向流动。
熵增原理是热力学第二定律的数学表述，它描述了系统熵的增加趋势。
熵是一个衡量系统有序程度的指标，它的增加代表了能量的不可逆损失。
高等工程热力学应用高等工程热力学的应用十分广泛，涉及到多个工程领域。
以下是一些常见的应用实例：热力学循环分析高等工程热力学经常用于分析热力学循环，如蒸汽动力循环、制冷循环等。
通过对循环中各个组成部分的能量转换和损失进行研究，可以优化循环的效率和性能。
热传导计算在工程中，热传导是一个重要的问题。
高等工程热力学可以通过研究热传导的原理和机制，优化工程中的热传导问题，提高热传导的效率。
热力学系统优化通过对热力学系统进行优化设计，可以提高能量转换效率，降低能量消耗。
高等工程热力学可以通过分析系统的热力学性质，找到最优化的设计方案。
新能源开发高等工程热力学也可以应用于新能源的开发。
通过对新能源的高温特性、热力学性质进行研究，可以优化新能源的利用方式，提高能源利用效率。
结论高等工程热力学是热力学在工程领域中的应用和发展。
它通过研究热力学原理和原理的应用，优化工程中的能量转换和热效应问题。
热力学统计物理
热力学统计物理热力学定义化学热力学术语thermodynamics热力学是研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时系统与外界相互作用（包括能量传递和转换）的学科。
工程热力学是热力学最先发展的一个分支，它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用，是机械工程的重要基础学科之一。
热力学-简介热力学是热学理论的一个方面。
热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。
热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论，不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用。
因此它是一种唯象的宏观理论，具有高度的可靠性和普遍性。
热力学三定律是热力学的基本理论。
热力学第一定律反映了能量守恒和转换时应该遵从的关系，它引进了系统的态函数——内能。
热力学第一定律也可以表述为：第一类永动机是不可能造成的。
热学的宏观理论，是从能量转化的观点研究物质的热性质，阐明能量从一种形式转换为另一种形式时应遵循的宏观规律。
热力学是根据实验结果综合整理而成的系统理论，它不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用，也不涉及特殊物质的具体性质，是一种唯象的宏观理论，具有高度的可靠性和普遍性。
热力学的完整理论体系是由几个基本定律以及相应的基本状态函数构成的，这些基本定律是以大量实验事实为根据建立起来的。
无论多少个物体互相接触都能达到热平衡，并且如果A物体同时与B、C两物体处于平衡态，则B、C两物体接触时也一定处于平衡态而不发生新的变化，这一热平衡规律称为热力学第零定律。
由此可以引入一个状态函数温度，温度是判定一系统是否与其他系统互为热平衡的标志。
热力学第一定律就是能量守恒定律，是后者在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。
描述系统热运动能量的状态函数是内能。
通过作功、传热，系统与外界交换能量，内能改变。
热力学第二定律指出一切涉及热现象的宏观过程是不可逆的。
工程热力学与传热学基础知识
（1）闭口系统
与外界无物质交 换的系统。系统的质 量始终保持恒定，也 称为控制质量系统。
闭口 系统
边界 外界
7
（2）开口系统
与外界有物质交
进口
换的系统。系统的容
积始终保持不变，也
称为控制容积系统。
（3）绝热系统 与外界没有热量交换的系统。 出口
（4）孤立系统
与外界既无能量（功、热量） 交换又无物质交换的系统。
22
（2）比体积 定义： 单位质量的工质所占有的体积，用
符号v表示，单位为 m3/kg 。
vV m
密度： 单 位 体 积 工 质 的 质 量 ， 用 符 号
表示，单位为 kg/ m3 。
v 1
比体积和密度二者相关，通常以比体积作 为状态参数 。
23
（3）温度
1）温度的物理意义
温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的 高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。
在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 ℃ ，纯水的沸点温度为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℃ 。
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 ～100 ℃温度下 的体积差均分成100份，每份对应1 ℃。
26
热力学温标（绝对温标）:
英国物理学家开尔文（Kelvin)在热力学 第二定律基础上建立，也称开尔文温标。
安全在于心细，事故出在麻痹。20.12. 2420.1 2.2404:23:2304 :23:23 December 24, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月24 日上午4 时23分 20.12.2 420.12. 24
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 2月24 日星期 四上午4 时23分 23秒04 :23:232 0.12.24
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准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间
恢复平衡所需时间
（外部作用时间） >> （驰豫时间）
有足够时间恢复新平衡 准静态过程
p 示功图
dz是全微分
dz
z x
y
dx
z y
x
dy
充要条件：
2z 2z xy yx
可判断是否 是状态参数
强度参数与广延参数
强度参数：与物质的量无关的参数
如压力 p、温度T
广延参数：与物质的量有关的参数可加性
如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S
比参数： v V
m
比容
uU m
h H m
比内能 比焓
状态公理：对组元一定的闭口系， 独立状态参数个数 N=n+1
状态公理
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
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
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
单相
相态 多相
简单可压缩系统
最重要的系统 简单可压缩系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功
容积变化功
如果两个系统分别与第三个系统处于 热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。
温度测量的 理论基础 B 温度计
温度的测量
温度计
物质 （水银，铂电阻） 特性 （体积膨胀，阻值）
基准点 刻度
温标
比容v
vV m
［m3/kg]
工质聚集的疏密程度
物理上常用密度 ［kg/m3]
v 1
§1-4 平衡状态
1、定义： 在不受外界影响的条件下（重力场除
p1 = p0+重物 T1 = T0
p0
p，T
突然去掉重物 最终 p2 = p0
T2 = T0
p
1.
.
2
v
准静态过程
p1 = p0+重物 T1 = T0
p0
p，T
假如重物有无限多层 每次只去掉无限薄一层 系统随时接近于平衡态
p
1.
. .
2
v
准静态过程有实际意义吗？
既是平衡，又是变化
既可以用状态参数描述，又可进行热功转换
坐标图
简单可压缩系 N=2，平面坐标图
p 1
说明：
1）系统任何平衡态可 表示在坐标图上
2
v 常见p-v图和T-s图
2）过程线中任意一点 为平衡态
3）不平衡态无法在图 上用实线表示
§1-6 准静态过程、可逆过程
平衡状态
状态不变化
能量不能转换
非平衡状态
无法简单描述
热力学引入准静态（准平衡）过程
一般过程
s S m
比熵
单位：/kg /kmol 具有强度量的性质
§1-3 基本状态参数
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
1、压力 p 物理中压强，单位: Pa , N/m2 常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa
热力系统的特性 和分类
本章重点
•：
–取热力系统、对工质状态的描述、 状态与状态参数的关系、状态参 数、平衡状态、状态方程、可逆 过程。
§1-1 热力系统
1、系统与边界 热力系统(热力系、系统)：用界面分 离出的研究对象。 外界：系统以外的所有物质 边界(界面)：系统与外界的分界面
系统与外界的作用都通过边界
热力系统选取的人为性
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热
只交换热
边界特性
固定、活动 真实、虚构
热力系统分类
以系统与外界关系划分：
有
是否传质
开口系
是否传热
非绝热系
是否传功
非绝功系
是否传热、功、质 非孤立系
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
热力系统
1
m
2
WQ
4
3
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
为什么引入平衡概念？
如果系统平衡，可用一组确切 的参数（压力、温度）描述
但平衡状态是死态，没有能量交换
能量交换
状态变化
如何描述
破坏平衡
§1-5 状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
压力p测量
一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 ——相对压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
绝对压力与相对压力
当 p > pb 当 p < pb
表压力 pe 真空度 pv
p pe pb p pb pv
pe
p
pv
pb
p
环境压力与大气压力
环境压力指压力表所处环境 注意：环境压力一般为大气压，但不一定。
见习题1－7 大气压随时间、地点变化。 物理大气压 1atm=760mmHg
当h变化不大，ρ常数 1mmHg= ρgh=133.322Pa
当h变化大，ρ ρ(h) p (h)gdh
其它压力测量方法
高精度测量：活塞式压力计 工业或一般科研测量：压力传感器
热力学第零定律
温度的热力学定义 热力学第零定律（R.W. Fowler）
压缩功 膨胀功
§1-2 状态和状态参数
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述热力系状态的物理量 状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量
与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
状态方程
简单可压缩系统：N = n + 1 = 2
绝热简单可压缩系统 N = ?
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系
v f ( p,T) f ( p,v,T) 0
状态方程的具体形式Fra bibliotek状态方程的具体形式取决于工质的性质 理想气体的状态方程
pv RT pV mRT
实际工质的状态方程？？？
外），如果系统的状态参数不随时间变化， 则该系统处于平衡状态。
温差 — 热不平衡势 压差 — 力不平衡势 化学反应 — 化学不平衡势
平衡的本质：不存在不平衡势
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
稳定但存在不平衡势差 去掉外界影响，则状态 变化 若以（热源+铜棒+冷源） 为系统，又如何？
稳定不一定平衡，但平衡一定稳定