基本概念及定义

1－1 热力系



一 热力系、外界与边界 补充说明： 1 如何掌握基本概念 例如： 电器插头的发热问题，你会分析吗？ 2 基本概念和专业名词的关系 3 深层次的含义
1－1 热力系



二 热力系的分类 1 按热力系与外界进行物质交换的情况分： （1）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。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”。 （2）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。热力系内部的 质量可以变化的，也可以不变。但我们可以规划 热力系的空间范围不变，叫作控制容积(C.V.)，或 控制体，故开口系即是我们所研究的某“控制 体”。



二 纯物质的状态方程式 1 纯物质：组成同一，化学结构处处一致 2 纯物质的状态方程式 纯物质构成的简单热力系，其独立的状态参数只 有两个 F （ p、v、T ）＝ 0 反映了物质基本状态参数p、v、T 间的函数关系， 称为物质的状态方程式。
1－4状态方程式，状态参数坐标图

1－5 热力过程及热力循环



一 热力过程 3 准平衡过程 热力系所经历的一系列状态都无限接近于平衡状 态，我们称这种过程为准平衡过程 热力系实施准平衡过程的条件是，推动过程进行 的不平衡势为无限小 准平衡过程可在热力状态坐标图上用连续曲线表 示
1－5 热力过程及热力循环

1－1 热力系




二 热力系的分类 4 按工作物质的状态变化分： （1）可压缩系统——由可压缩流体构成的热力系； 最常用的工质是一些可压缩流体(如蒸汽动力装置中 的水蒸气，燃气动力装置中的燃气，等等) （2）简单可压缩系统——可压缩系统与外界只有准 静容积变化功(膨胀功或压缩功)的交换 工程热力学中讨论的大部分系统都是简单可压缩系 统。
1－3 基本状态参数





二 压力 4 绝对压力、表压力和真空度 表上所指示的压力并非被测系统的真实压力，而 是系统压力与当时当地大气压力Pb的差值；称为表 压力，用 Pe表示。 系统的真实压力称为绝对压力，用 P表示。 （1） P＞Pb时 Pe＝P－Pb 所以P＝Pe＋Pb （2） P＜Pb时 Pv＝Pb－P 所以P＝Pb－Pv 此时测量压力的仪表叫真空计。真空计上的读数称 为真空度，用 Pv表示
1－1 热力系



三 热源和冷源 1 热源——某种具有无限大热容量的系统， 它对外放出有限的热量时其自身的温度维持 不变。 2 冷源——某种具有无限大热容量的系统， 它对外吸入有限的热量时其自身的温度维持 不变。
1－2 热力系的描述



一 热力系的状态、平衡状态及状态参数 1 热力系的状态——热力系在某一瞬间所呈 现的宏观物理状况。 2 平衡状态——是指在没有外界影响的条件 下系统的各部分在长时间内不发生任何变化 的状态。
1－5 热力过程及热力循环


一 热力循环 封闭的热力过程称为热力循环 热力系从某一初态出发经历一系列状态变化后又 回到初态 系统实施热力循环的目的是通过热力系的状态变 化实现预期的能量转换。
作

业
1－3 1－5 1－6 1－9 1－15
1－3 基本状态参数




简单可压缩平衡系的状态常用状态参数比体 积v 、压力P 、温度T 来描述。这些物理量都 是可以测量的，称为基本状态参数。 一 密度及比体积 （略） 二 压力 1 定义：单位面积上所受到的垂直作用力称 为压力(或压强)。
1－3 基本状态参数





二 压力 2 微观解释：气体的压力是气体分子运动撞 击表面，而在单位面积上所呈现的垂直于壁 面的平均作用力 3 压力的测量： （1）弹簧管压力计 （2）测量微小压力的U形管压力计
1－4状态方程式，状态参数坐标图


一 状态公理 对于组成一定的闭系的给定平衡状态而言，可用n + 1个独立的状态参数来限定它。这里n 是系统可 能出现的准静功形式的数目，1 是考虑系统与外 界的热交换。 决定简单可压缩系统平衡状态的独立状态参数只 有n 十1＝1十1= 2个
1－4状态方程式，状态参数坐标图

三 温度及热力学第零定律 1 热力学第零定律 如果两个热力系中的每一个都与第三个系统处于热平 衡，则它们彼此也处于热平衡。这种说法称为热力学 第零定律。 2 温度 温度是决定一系统是否可与其它系统处于热平衡的物 理量
1－3 基本状态参数




三 温度及热力学第零定律 3 温度标尺 （1）温标——表示温度高低的尺度 （2）温度的测量： 温度计——利用测温物质在两系统相互作用中所引起的某 种特性的变化，将被测系统的温度显示出来 常用特性：(a)温度变化时的容积变化；(2)定体积下气体 压力随温度的变化；(3) 温度变化时的电阻变化；(4)两种 不同材料的导线在接触点温度不等时产生的热电势；(5)辐 射强度随温度的变化(用于高温测量)；(6)磁效应(用于极低 温度测量)；等等。
1－1 热力系



一 热力系、外界与边界 在对一个现象或一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。 外界（或环境）——热力系周围与系统发生 相互作用的物体。 界面（或边界）——热力系与外界的分界面。
1－3 基本状态参数





二 压力 5 压力的单位 导出的压力单位，称为帕斯卡，单位符号为Pa，1Pa＝1N/m2 工程应用常用MPa(即106Pa)作为压力单位。 习惯上曾用巴(符号为bar，1bar=105Pa)作为压力单位①。 在公制单位中，压力用工程气压(at)作单位： 1at=1kgf/cm2 物理学中，把纬度45o的海平面上的常年平均气压定作标准大 气压。1标准大气压（1atm）在气压计上的水银柱高度为 760mm
1－2 热力系的描述




二 状态参数的特性 1 描述热力系状态的物理量分类： （1）尺度量：与系统中所含物质的数量有关的 物理量 特性：（a）具有可加性——总量等于各部分分 量之和 ；（b）对于平衡热力系而言，尺度量与 系统的体积或质量成正比。（c）平衡及非平衡 热力系均具有确定的数值。 （2）强度量：与系统中所含物质的数量无关， 在热力系中任一点具有确定的数值的物理量
1－1 热力系



二 热力系的分类 2 按热力系与外界进行能量交换的情况分： 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； 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。
1－1 热力系



二 热力系的分类 3 按热力系内部状况分： （1）单元系——只包含一种化学成分的物质 （2）多元系——包含两种以上的物质 （3）均匀系——各部分具有相同的性质，如 单相系 （4）非均匀系——各部分具有不同的性质， 如复相系


一 热力过程 4 准平衡过程的现实意义 不平衡态的出现常常是短暂的 热力系内将自发进行某一过程而使系统从不平衡 向平衡过渡。此过渡时间称为弛豫时间 活塞移动得如此缓慢，致使其移动某一距离所经 历的时间大于弛豫时间 活塞移动的速度常不超过10m/s，而系统内使其 压力、温度、密度等趋于均匀的速率却是极高的

三 状态参数坐标图 由热力状态参数所组成的坐标系称为热力状态坐 标系，如P－v 系，T－P系等等 特别注意： 只有平衡状态才能在状态坐标图上用点来表示， 不平衡状态由于没有确定的热力状态参数，无法 在图上表示
1－5 热力过程及热力循环



一 热力过程 1 热力过程： 热力系状态连续变化的过程叫做热力学过程，简 称热力过程 2 不平衡过程 系统经历的是一系列不平衡状态。这样的过程称 为不平衡过程。
1－2 热力系的描述






二 状态参数的特性 2 特性： （1）状态参数是状态的单值函数 （2）状态参数的变化量等于初、终状态下该状 态参数的差值，而与过程如何进行无关 许多工程问题只关心结果，而不关心过程，如电 热开水等。 （3）经历一封闭的状态变化过程，其状态参数 的变化为0 （4）状态函数的微分是全微分。
1－3 基本状态参数


二 压力 6 注意： （1） 系统的真实压力称为绝对压力，用 P表示 （2） 绝对压力和表压力、真空度、大气压力的关系 （3）大气压力的影响 （4）大气压力视为定值，可取值为0.1MPa或1at （5）影响绝对压力的因素有哪些
1－3 基本状态参数


1－2 热力系的描述



一 热力系的状态、平衡状态及状态参数 3 建立平衡态的必要条件和特征： （1）温差的消失则是系统建立起热平衡的必要条件 （2）力差的消失是使系统建止起力学平衡的必要条件 特征：处于平衡状态的热力系应具有均匀一致的温度 (T)、压力(P)等等。对于任意给定的平衡热力系可以用 确定的T,P 等物理量来描述。 4 状态参数： 用来描述热力系平衡状态的物理量称为状态参数。
第一部分 热力学基本定律
第一章 基本概念及定义
本章提要: 本章阐明热力学系统（热力系）的定义及其描述，着重介绍热力系的平 衡状态来自百度文库概念，描述平衡状态的基本状态参数比容、压力和温度，及体现 三者相互关系的状态方程式。定义了热力系的准平衡过程并对热力循环作 了初步的介绍． 本章要求: 1．了解热力系的定义，平衡状态的概念和应满足的平衡条件。 2．掌握基本状参数p、v、T的定义、计量及不同单位间的换算。 3．了解准平衡过程的定义及提出准平衡过程的意义和作用。 4．对不同的热力循环及其作用建立起初步的概念。
1－3 基本状态参数



三 温度及热力学第零定律 4 经验温标 a 确定温标的基准点 b 确定分度的方法 （1）摄氏温标 （2）华氏温标 （3）理想气体温标 选定任意一种测温物质的某种特性，采用任意一 种温度标定规则所得到的温标称为经验温标
1－3 基本状态参数


三 温度及热力学第零定律 5 热力学绝对温标 热力学理论提供了建立一种新的温标的可能性。 这种温标将摆脱测温物质物理性质的影响而成为 度量物体温度的共同标准。这种温标称为热力学 绝对温标。 热力学绝对温标采用“开[尔文]”作为度量温度的 单位，单位符号为K(开)。1开尔文为水三相点的 热力学温度的 1/273.16