热力学基本概念和公式

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。