01热力学基本概念资料
工程热力学-01 基本概念及定义
平衡状态1
p1 v1
p
p2
2
压容图 p-v图
平衡状态2
p1
1
p2 v2
O
v2
v1
v
12
1-4 状态方程式
在平衡状态下，由气态物质组成的系统，只要知道两个独立的 状态参数，系统的状态就完全确定，即所有的状态参数的数值随之 确定。这说明状态参数间存在某种确定的函数关系，状态参数之间 存在着确定的函数关系，这种函数关系就称为热力学函数。
（2）当系统处于热力学平衡状态时，只要没有外界的影响， 系统的状态就不会发生变化。
（3）整个系统可用一组具有确定数值的温度、压力及其他参
? 数来描述其状态。
10
经验表明，确定热力学系统所处平衡状态所需的独立状 态参数的数目，就等于系统和外界间进行能量传递方式的数 目。对于工程上常见的气态物质组成的系统，系统和外界间传递 的能量只限于热量和系统容积变化所作的功两种形式，因此只需 要两个独立的状态参数即可描述一个平衡状态。
3、平衡状态、稳定状态、均匀状态
（1）关于稳定状态与平衡状态
稳定状态时，状态参数虽不随时间改 变，但它是依靠外界影响来维持的。而平 衡状态是不受外界影响时，参数不随时间 变化的状态。
85℃ 20℃
90℃
15℃
铜棒
平衡必稳定，稳定未必平衡。
（2）关于均匀状态与平衡 水
质统称为外界。 通常选取工质作为热力学系统，把高温热源、低温热源
等其他物体取作外界。
3、边界 ——热力学系统和外界之间的分界面称为边界。
边界可以是固定的，也可以是移动的； 边界可以是实际的，也可以是假想的。
3
二、热力学系统的分类 依据——有无物质或能量的交换
热力学基本概念
热力学基本概念热力学是一门研究能量转化和相互转换的科学，它关注热量、能量和功的关系，以及物质在温度、压强和体积等条件下的相互作用。
在热力学中，有一些基本概念是我们必须了解和掌握的，本文将对热力学中的基本概念进行探讨。
1. 系统和环境在热力学中，我们将研究对象称为系统，而系统外部的一切都被称为环境。
系统可以是一个物体、一个化学反应器或者一个能量转换设备等等。
而环境则包括与系统相互作用的外部介质、周围的物体以及能与系统交换热量和做功的一切。
2. 状态函数和过程函数热力学的基本概念之一是状态函数与过程函数。
状态函数是系统的某一物理量，它只与系统的初始和末状态有关，与经历的过程无关。
例如温度、压强、体积、内能等都属于状态函数。
而过程函数则与系统经历的过程有关，例如热量、功等。
3. 热平衡与热力学平衡热平衡是指当两个物体接触时，它们之间没有净热量的传递。
在热平衡状态下，物体之间的温度是相等的。
而热力学平衡是指系统内部的各个部分之间达到平衡状态，它要求系统的各种宏观性质保持不变。
4. 等温过程与绝热过程等温过程是指系统与环境之间进行热交换的过程，过程中系统的温度保持不变。
绝热过程则是指系统与环境之间没有能量传递的过程，系统内部的能量不发生改变。
5. 内能和焓内能是指系统中分子和原子的热运动能量总和，它是一个状态函数。
焓是系统的内能与系统对外做的功之和，它是一个状态函数。
内能和焓在热力学中是非常重要的概念，它们描述了系统的能量转化和传递。
6. 熵和热力学第二定律熵是一个用来描述系统无序程度的物理量，它是表示分子混乱程度的度量。
热力学第二定律是关于熵变的定律，它表明一个孤立系统的熵只能增加或保持不变，而不能减小。
7. 等压、等体和等焓过程等压过程是指系统在恒定压力下发生的过程。
等体过程是指系统的体积保持不变的过程。
而等焓过程是指系统的焓保持不变的过程。
这些过程在热力学中有着重要的应用和意义。
8. 热容和热力学第一定律热容是指单位质量物质温度上升1度所需要的热量。
热力学基本概念解析
热力学基本概念解析热力学是研究物质热现象和能量转化的科学，它涉及到我们生活中许多方面，比如能源利用、环境保护和工业生产等。
本文将对热力学的基本概念进行解析，以帮助读者更好地理解和应用这一学科。
一、热力学基本概念1. 热量：热量是热力学中最基本的概念之一。
简单地说，热量是物体内部分子之间传递的能量。
在热力学中，热量的单位通常用焦耳（J）来表示。
当物体受热时，其内部的分子会发生运动，从而使得物体的温度升高。
2. 温度：温度是用来衡量物体热状况的物理量。
它表示了物体内部分子的平均动能。
在国际单位制中，温度的单位是开尔文（K）。
在热力学中，温度可以通过测量物体的热胀冷缩、压力或者其他物理现象来确定。
3. 热平衡：当两个物体之间没有能量交换时，它们处于热平衡状态。
在这种状态下，两个物体的温度相同。
当两个物体达到热平衡后，它们的热量交换将停止。
4. 热力学系统：热力学系统是指由物质和能量组成的系统。
根据系统与周围环境之间能量和物质的交换，热力学系统可以分为开放系统、封闭系统和孤立系统三种类型。
开放系统与周围环境能够进行物质和能量的交换，封闭系统只能进行能量的交换，而孤立系统则不能与外界交换任何物质和能量。
5. 状态函数：状态函数是指只与系统的初始状态和末状态有关的物理量。
在热力学中，温度、压力和体积等都是状态函数。
相反，热量和功是路径函数，它们的值取决于系统所经历的路径。
二、热力学基本定律热力学基本定律是热力学体系的基础，它们描述了物体之间能量转化的规律。
1. 第一定律：能量守恒定律，也称为热力学能量守恒定律。
根据这一定律，能量不能被创造或者销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
在热系统中，能量转化包括热传递和功的作用。
2. 第二定律：热力学第二定律主要表述了热量只能从高温物体传递到低温物体的方向。
即热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
这一定律还引申出了熵的概念，熵反映了系统的混乱程度，系统趋于混乱的方向是不可逆的。
热力学基础知识
热力学基础知识热力学是一门研究能量转化与传递的学科，是自然科学的基础。
热力学的概念源于研究热与功之间的相互转化关系，以及能量在物质之间的传递过程。
本文将通过介绍热力学的基本概念、热力学定律和热力学过程，帮助读者了解热力学的基础知识。
1. 热力学的基本概念热力学研究的对象是宏观体系，即指由大量微观粒子组成的物质系统。
热力学通过对体系的宏观性质进行观察和测量，来揭示物质和能量之间的关系。
热力学的基本概念包括系统、热、功、状态函数等。
系统是热力学研究的对象，可以是孤立系统、封闭系统或开放系统。
孤立系统与外界不进行物质和能量交换，封闭系统与外界可以进行能量交换但不进行物质交换，开放系统则可以进行物质和能量的交换。
热是能量的一种传递方式，是由高温物体向低温物体传递的能量。
热的传递方式有导热、对流和辐射。
功是对系统做的物质微观粒子在宏观层面的效果，是由于力的作用而引起物体位移的过程中所做的功。
例如，当一个物体被推动时，根据物体受力和运动方向的关系，可以计算出所做的功。
状态函数是由系统的状态决定的宏观性质，不依赖于热力学过程的路径，只与初态和终态有关。
常见的状态函数有温度、压力、体积等。
2. 热力学定律热力学定律是热力学基础知识的核心内容，揭示了宏观物质之间相互作用的规律。
第一定律：能量守恒定律，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律表达了能量的守恒关系，即系统的内能变化等于吸收的热量与做的功的差。
第二定律：热力学第二定律描述了自然界的能量传递过程中不可逆的方向。
它说明热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会反向传递。
热力学第二定律还提出了热力学箭头的概念，即自然界中某些过程的方向是不可逆的。
第三定律：热力学第三定律说明在绝对零度（0K）下，熵（系统的无序程度）将趋于最低值。
此定律进一步阐述了热力学中的温标和熵的概念。
3. 热力学过程热力学过程描述了系统由一个状态转变为另一个状态的过程。
热力学基本概念
热力学基本概念热力学是研究热能与其他形式能量之间转化和传递规律的科学学科。
它涉及到一系列基本概念和定律，这些概念和定律是理解和应用热力学的基础。
本文将介绍热力学中的几个基本概念，包括热、温度、功、热容和熵。
一、热热是一种能量传递方式，当物体与外界存在温度差时，热就会从高温物体传递到低温物体。
热是热力学系统与外界之间的能量交换形式之一。
热的单位是焦耳（J）。
二、温度温度是表征物体热状态的物理量，它反映了物体中分子的平均热运动程度。
温度用开尔文（K）作为单位，也可以使用摄氏度（℃）或华氏度（℉）进行表示。
热力学中的零绝对温标是绝对零度，对应着开尔文的0K。
三、功功是热力学系统与外界相互作用过程中的能量传递形式之一。
当一个物体受到外力作用，同时沿着力的方向发生位移时，就会进行功的交换。
功的单位也是焦耳（J）。
四、热容热容描述了物体受热后温度变化的程度。
它是指单位质量物体温度升高1K（或1℃）所需要吸收或放出的热量。
热容的单位可以是焦耳/开尔文（J/K）、焦耳/摄氏度（J/℃）或卡路里/开尔文（cal/K）。
五、熵熵是用来描述系统无序程度的物理量。
它是热力学第二定律的核心概念，表示系统的混乱程度或无序程度。
熵的增加代表着系统趋于混乱，反之则代表着系统趋于有序。
熵的单位是焦耳/开尔文（J/K）。
在热力学中，这些基本概念相互联系、相互影响，通过热力学定律加以描述和解释。
例如，热力学第一定律表示能量守恒，即能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量的数量保持不变。
热力学第二定律则说明了在孤立系统中热流只会从高温物体流向低温物体，并且系统的熵将不断增加。
通过对这些基本概念的理解和应用，我们可以更好地理解和研究能量的转化和传递过程。
热力学在能源、化学、物理等领域都有广泛的应用，并对相关工程和技术的发展起到了重要的推动作用。
总结起来，热力学基本概念包括热、温度、功、热容和熵。
这些概念相互联系、相互作用，通过热力学定律来描述和解释。
热力学基本知识
c12
)
m g( z2
z1) U
W Ws p2V2 p1V1 Ws ( pV )
Q W
1 2
m( c22
c12
)
m g( z2
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U
1
Q U ( pV ) mc 2 mgz W
2
s
1
Q H mc2 mgz W
2
s
1
q h c 2 gz w
2
s
上式就是稳定流动能量方程
H—焓，h—质量焓或比焓 h u pv
焓也是状态参数，单位与热力学能一样
第三节 热力学第二定律
一、熵、自然过程的方向性 热力学第一定律表明：能量之间可以相互转换，以
及转换过程中的数量关系，而没有指明此种能量与他 种能量相互转化的差异。
状态参数熵给出了自然过程方向性的定量描述。
dS dQ T
熵就是在可逆的条件下，传入系统的微元热量dQ与 热源温度T的比值。理论证明了熵确实是一个状态参 数，单位质量熵〔符号s)的单位是kJ／(kg·K)。
q
h
1 2
c 2
gz
ws
h 0 h1 h2
➢注意：节流过程不是等焓过程
节流后，压力和温度下降，熵增大，做功能力 降低。（导致能量损失）
第三节 蒸汽动力装置及循环 蒸汽动力装置是以蒸汽作为工质的热动力装置。 火电厂热力循环（以过热蒸汽为工质） 锅炉、汽轮机、冷凝器、水泵是循环的主要设备。
热源
3-4：水在给水泵中的可逆 绝热压缩过程;
4-5-6-1：水与水蒸气在锅炉 中的可逆定压加热过程；
1-2 ： 水 蒸 气 在 汽 轮 机 中 的 可逆绝热膨胀过程； 2-3 ： 乏 汽 在 冷 凝 器 中 的 定 压放热过程。
热力学热力学
热力学热力学热力学热力学是研究能量转化与传递规律的学科，是物理学中的重要分支。
它探讨了物质的热现象、能量的转化和守恒、热力学系统的性质以及热平衡与热非平衡态之间的关系。
本文将介绍热力学的基本概念、热力学第一定律和第二定律等内容。
一、热力学的基本概念热力学的基本概念主要包括系统、热平衡、温度和内能等。
在热力学中，系统是指研究对象，可以是一个物体、一个容器或者一组物质。
系统与外界之间可以有能量和物质的交换。
当系统处于热平衡状态时，其温度是均匀的，各部分之间不存在温度差异。
温度是物质分子平均动能的度量，通常用开尔文（K）作为单位。
内能是系统内各部分的微观粒子热动能之和，它是系统宏观性质的一个重要参数。
二、热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒原理在热力学中的表现。
根据热力学第一定律，系统的能量可以从其他形式转化为热能或做功，也可以从热能转化为其他形式或做功。
换句话说，系统的内能改变等于热量和做功的代数和。
其中，热量是由于温度差而传递给系统或系统释放出去的能量，而做功是系统通过外界物体的移动或变形而产生的能量。
三、热力学第二定律热力学第二定律是指在孤立系统中，热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
换句话说，自然界中热量只能从高温物体向低温物体传递，而不能相反。
根据热力学第二定律还可以引出熵增定律，即孤立系统的熵总是增加的。
熵是描述系统混乱程度的物理量，熵增可以理解为整个系统的无序性增加。
四、热力学的应用热力学在科学和工程领域有广泛的应用。
在能源领域，热力学可以用来优化能量转换过程，提高能源利用效率。
在化学反应中，热力学可以指导实验设计和反应条件的选择。
在工程领域，热力学可以用于设计制冷、发电和汽车引擎等系统。
热力学还对气候变化、环境保护等问题的研究有着重要的意义。
综上所述，热力学是研究能量转化和传递规律的学科，涉及到的概念包括系统、热平衡、温度和内能等。
热力学第一定律表达了能量守恒原理，而热力学第二定律揭示了自然界中热量传递的规律。
第1章 热力学基本概念
第一章热力学的基本概念1.1 热力系及其描述 (1)1.1.1 热力系 (1)1.1.2 热力系的状态、平衡状态及状态参数 (2)1.1.3 状态参数的特性 (3)1．2 基本状态参数 (4)1.2.1 密度及比体积 (4)1.2.2 压力 (4)1.2.3 温度及热力学第零定律 (7)1.3 状态方程式，状态参数坐标图 (12)1.3.1 状态公理 (12)1.3.2 纯物质的状态方程式 (12)1.3.3 状态参数坐标图 (13)1.4 热力过程及热力循环 (14)1.4.1 准平衡过程 (14)1.4.2 热力循环 (16)思考题及答案 (19)1.1 热力系及其描述1.1.1 热力系在对一个现象或—个过程进行分析时为了确定研究的对象，规划出研究的范围，常从若干物体中取出需要研究的部分．这种被取出的部分叫做热力学系统，简称热力系。
热力系以外的物质世界统称为外界（或环境）。
热力系与外界的分界面叫做界面（或边界）。
所谓热力系，即是由界面包围着的作为研究对象的物体的总和。
热力系与外界之间的界面可以是真实的，也可以是假拟的，可以是固定的，也可以是运动的。
在一般情况下，热力系与外界处于相互作用中，彼此可交换能量(如热量及各种形式的功)及物质。
按热力系与外界进行物质交换的情况可将热力系分类为：闭口系(或闭系)——热力系与外界无物质交换，或者说没有物质穿过边界。
此时．热力系内部的质量将保持不变，称为控制质量(C.M.)，故闭口系即是我们所研究的某“控制质量”。
开口系(或开系)——热力系与外界之间有物质交换，或者说有物质穿过边界。
这种热力系内部的质量可以是变化的。
这时，我们可以把研究的对象规划在一定的空间范围内，这种空间范围叫作控制容积(C.V.)，或称控制体，故开口系即是我们所研究的某“控制体”。
相应地，控制质量或控制容积与外界的分界面也可称为控制面。
按热力系与外界进行能量交换的情况常将热力系分类为：简单热力系——热力系与外界只交换热量及一种形式的准静功(准静功的概念将在2－2节中讨论)；绝热系——热力系与外界无热交换；孤立系——热力系与外界既无能量交换又无物质交换。
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基础知识
远大工程学院
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主要内容
• 热力学知识 • 产品知识
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一、热力学知识
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热力学知识
空调
2020/11/13
一般理解即空气调节，指为满足人们的生活或 生产的需要而对特定的空间内的空气温度、相 对湿度、清洁度、噪音或空气流动速度等参数 的适当调节和控制。
在标准大气压下，以水的结冰温度作为 0℃，沸 腾温度作为100℃，中间分成100等分，每一等分 为一摄氏度。
在标准大气压下，以水的结冰温度为32℉，沸腾 温度作为212℉，中间分为180等分，每一等分为 一华氏度。
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热力学知识
相对湿度
2020/11/13
空气中实际的水蒸汽分压力和同温度下饱 和水蒸汽分压力之比。
热力学知识 二 元 溶 液
2020/11/13
两种互相不起化学作用的物质组成的混合物。
这种均匀混合物其内部各种物理性质，如压力、 温度、浓度、密度等在整个混合物中各处都完 全一致。不能用机械的沉淀法或离心法将它们 分离为原组成物质。
例如：溴化锂溶液就是一种二元溶液，溴化锂 是溶质，水是溶剂。在标准大气压下，溴化锂 溶液中水的沸点是 100℃，而溴化锂的沸点为 1265℃，两者相差甚大，因此，溶液沸腾时产 生的蒸汽几乎不带溴化锂的成分。
在实际工程应用中，人们通常习惯于把压强称 为压力。
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热力学知识
大气压力
2020/11/13
指环绕地球的空气层在地球单位表面 积上形成的压力。
大气压力不仅与海拔高度有关，还随 季节、气候的变化稍有差别。
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热力学知识
标准大气压力
2020/11/13
指纬度45°的海平面上大气的常年平均压 力，其值为760mmHg。
11/52
热力学知识
绝对压力
2020/11/13
密闭容器内部的真实压力。 它等于表压力与外部环境大气压力之和。
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热力学知识
真空
2020/11/13
密闭容器内部的绝对压力小于外部 环境压力时的状态。
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热力学知识
不凝性气体
2020/11/13
在机组内部温度和压力条件下，既不凝结 亦不能被溴化锂和冷剂水吸收的气体。
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热力学知识 热 量 与 冷 量
2020/11/13
热量是指由于物质间温度差别而引起转移的 能量。
冷量的物理含义和热量相同，只是物体温度 高于周围介质温度的习惯上称为“热”，其 向周围介质放出的能量称为“热量”，而物 体温度低于周围介质温度的称为“冷”，其 向周围介质吸收的能量即为“冷量”。
对于满足人们生活需要的舒适性空调，远大的 理解是空气调和。“和”是中华文化的顶点， 而空调顶点是“六度皆优”(依重要性排序）。
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热力学知识
空调
2020/11/13
空调顶点的“六度皆优”(依重要性排序）： ① 温度：与自然气候抗衡，将室内温度调节到符 合人体要求；② 鲜度：将新鲜空气有效引入室内， 让人呼吸到足够的氧气；③ 净度：将空气中有害 物质和细菌捕集并排除；④ 静度：将设备噪音调 低到用户听不见；⑤ 湿度：将空气湿度调节到符 合皮肤需求；⑥ 速度：使吹到人身上的风慢到用 户感觉不到。
地球上绝大多数空调使用地区的大气压力 均接近标准大气压，故分析空调系统（包 括主机）时，一般假设外部环境压力为标 准大气压。
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热力学知识
表压力
2020/11/13
在工程中用压力仪表检测出来的密闭容器内 的压力。压力表读数为密闭容器内压力与外 部大气压力的差值。
当内部压力小于外部大气压时，压力表的读 数为负值，此时称密闭容器内部处于负压状 态或真空状态。当内部压力大于外部大气压 力时，压力表的读数为正值，此时称密闭容 器内部处于正压状态。
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热力学知识
结晶
2020/11/13
当降低饱和溶液的温度时，由于溶质 溶解度的降低，单位溶剂中所能溶解 的溶质量减少，出现溶质分子晶体从 溶液中析出的现象。21/52热力学知识浓度
2020/11/13
是指溶液中的溶质在溶液中所占的比例。
溴化锂溶液的浓度通常以质量百分数表示， 即溶质溴化锂质量与溶液质量的比值。
要实现“六度皆优”，必须做到“四优”：设计 优化、设备优质、施工优良、保养优秀。
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热力学知识
空调
2020/11/13
38℃ 26℃
冷水 系统
冷却水 系统
37℃
26℃
38℃
30℃
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热力学知识
制冷
2020/11/13
指在某一特定环境内制造出比周围环境温 度低的“冷”环境。
所谓“冷”环境，是要求“特定环境”中 空气的温度低于“周围环境”的温度，比 如要求室内温度（26℃）低于室外温度 （38℃）等。
相对湿度反映了湿空气中水蒸汽含量接近 饱和的程度。此值越小，表示空气离饱和 程度越远，空气越干燥，吸水能力越强。 反之，此值越大，表示空气更接近饱和程 度，空气越潮湿，吸收水蒸汽能力越弱。
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热力学知识
饱和溶液
2020/11/13
指在一定温度下，固体溶质溶于溶剂中达 到最大值时的溶液。
19/52
练习题1：
用气压表测得当地大气压力为100.3kPa 从U形管测得机组吸收器的压力比大气压 力低99.4kPa。
则吸收器的真空度为
kPa
绝对压力为
kPa。
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热力学知识
温度
2020/11/13
度量物体冷热程度的物理量。
温度是物体分子运动的结果，温度的高低用温标 表示。
常用的温标有摄氏温标(℃)和华氏温标(℉)。
不凝性气体存在于机组内部，将影响机组 真空，减少机组出力。
如果其中含有氧气还将导致机组锈蚀，严 重缩短机组使用寿命。
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热力学知识
2020/11/13
大气压力、绝对压力、表压力的关系
正压状态
真空状态
表压力
大气 压力
绝对 压力
表压力
绝对 压力
大气 压力
0 Pa
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热力学知识
2020/11/13
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热力学知识
压力
2020/11/13
在物理学中，把垂直作用于物体表面的力叫做 压力；把单位面积上所受的压力称为压强。压 强是物理学中定量表示压力产生作用效果大小 的物理量。
压强单位为帕斯卡,简称帕(Pa)。1帕表示垂直 作用于每平方米(m2)上的力为 1牛顿(N)。 1Pa = 1N/m2，1mmHg = 133Pa。