工程热力学-基本概念-过程的功量与热量
工程热力学第一章 基本概念 热力系统
J
或 kJ
J/s W kJ/s kW
附： 1kWh 3600kJ
31
6．讨论 有用功(useful work)概念
Wu W Wl Wp
其中:
pb
f
W—膨胀功(compression/expansion work)； Wl—摩擦耗功； Wp＿排斥大气功。
例A7001331
1．功的力学定义 2．功的热力学定义：通过边界传递的能量其全部 效果可表现为举起重物。 3．可逆过程功的计算
W δW
1
2
pAdx pdV
1 1
2
2
▲功是过程量 ▲功可以用p-v图上过程线 与v轴包围的面积表示
30
4．功的符号约定： 系统对外作功为“+”
外界对系统作功为“-”
分 类
共同本质：由媒介物通过吸热—膨胀作功—排热
2
二、工质(working substance; working medium)
定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
对工质的要求:
1）膨胀性 2）流动性 物质三态中 气态最适宜。
3）热容量
4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
pA F cos pb A ( f 0)
准静态过程，可逆
28
讨论： 1.可逆=准静态+没有耗散效应
2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
系统内部及系统与外界作用的总效果
3.一切实际过程不可逆
4.内部可逆过程的概念
5.可逆过程可用状态参数图上实线表示
29
1-6 功和热量
一、功(work)的定义和可逆过程的功
工程热力学-基本知识点
工程热力学-基本知识点————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
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，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
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化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如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。
工程热力学(基本概念)
国际实用温标的固定点
平衡状态
平衡氢三相点 平衡氢沸点 氖沸点 氧三相点 氧冷凝点
国际实用温标指定
值
T，K
t，℃
13.81 -259.34
20.28 -252.87
20.102 -246.048
54.361 -218.789
90.183 -182.962
平衡状态
水三相点 水沸点
锌凝固点 银凝固点 金凝固点
一、热力过程
定义：热力系从一个状态向另一个状态变化时所经 历的全部状态的总和。
二、准平衡(准静态)过程
准平衡过程的实现
工程热力学 Thermodynamics
二、准平衡(准静态)过程
定义：由一系列平衡态组成的热力过程 实现条件：破坏平衡态存在的不平衡势差(温差、
力差、化学势差)应为无限小。 即Δp→0 ΔT→0 (Δμ→0)
工程热力学 Thermodynamics
三、可逆过程
力学例子：
定义： 当系统完成某一热力过程后，如果有可能使系统再
沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互中所涉 及到的外界亦恢复到原来状态，而不留下任何变化，则 这一过程称为可逆过程。
实现条件：准平衡过程加无耗散效应的热力过程 才是可逆过程。
工程热力学 Thermodynamics
用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。
理想气体
工 质
实际气体
蒸气
工程热力学 Thermodynamics
二、平衡状态
（一）热力状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观
物理状况。(简称状态)
（二）平衡状态 1、定义：一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下，
系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡 状态。
《工程热力学》第一章 基本概念
9
1.3.1、基本术语-状态、状态参数
1、状态：工质在热力变化过程中某一瞬间所呈现的宏观 物理状况称状态
2、状态参数：表示状态特征的物理量称为状态参数
状态与状态参数是一一对应的
3、状态参数特点
数学特征为点函数： 微元变化的微增量具全微分性质
4、热力学基本状态参数为三个：比容、压力、 温度
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1.3.2、基本状态参数--比容及密度
C 1 2 B B A
16
1-4
平衡状态、状态方程式、坐标图
1.4.1 平衡状态与非平衡态 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化,系统 内、外同时建立了热平衡、力平衡（及 化学平衡）,此时系统所处状态为平衡态 非平衡态: 系统与外界,系统内部各部分间 存在能量传递及相对位移,状态将随时间 变化,称系统处于非平衡态
受逐渐变化的压力作用下的活塞的移动过程 发生系统状态变化 （力作用）（NEXT）
受变化的恒温热源缓慢加热的活塞系统发生 系统状态变化（热的作用） （NEXT）
26
P3 P2
P1
工质 工 质
工质
受逐渐变化压力作用下的活塞移动过程发生系 统状态变化（P、V、T变化） （力作用）
27
工质
工质
工质
热源T
31
1-6
过程功与热量
1.6.1 功的定义： 1、功的力学定义： 将物体间通过力的作用而传递的能量称为功并 定义：功等于力F与物体在力作用方向上的位移X 的乘积（点积） dW = F ·dX 2、功的热力学定义： 热力学系统和外界通过边界而传递的能量， 其效果可表现为举起重物
区别：功与系统动能、重力位能等“储存能”变化传递 的机械能的本质区别
工程热力学和传热学课后答案(前五章)
页眉内容
对于可逆过程，都正确。
3．某封闭系统经历了一不可逆过程，系统向外界放热为10kJ，同时外界对系统作功为20kJ。
1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；
2）按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负、可正可负亦可为零）。
4．判断是非（对画，错画×）
1）在任何情况下，对工质加热，其熵必增加。（）
2．下列说法是否正确，为什么？
1）熵增大的过程为不可逆过程；
只适用于孤立系统
2）工质经不可逆循环，S0；
S =0
3）可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程；
定熵过程就是工质状态沿可逆绝热线变化的过程
4）加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。
根据ds≥△q/T，前半句绝对正确，后半句未必，比如摩擦导致工质温度升高的放热过程。
w123>w143
14
谁大谁小？又如2和3在同一条等温线上呢？
所以
P
v
图4-2
2
2->3为绝热膨胀过程，内能下降。所以
u2>u3。
4．讨论1<n<k的多变膨胀过程中绝气热体线温度的变化以及气体与外界热传递的方向，并用热力学第一
（3）绝热系统。
图
1-1
5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应
（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆
（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已
工程热力学基本概念
= 收获/代价
炉
热效率： t
w net q1
顺 时 针
汽轮机
发电机 凝 汽 器
逆向循环 又称制冷循环或热泵循环
高温热源
或 制 Q1
逆 时
热冷 泵机
W
针
Q2
低温热源
制冷循环的经济性用制冷系数衡量：
2
1
1,a,2
1,b,2
b
2
状态参数的变化只与初终态相关，
1 dxx2 x1 与路径无关。
状态参数都有以上特性。
状态参数的循环 dx 0 积分等于零。
反之，有以上特性之一， 即为状态参数。
1-3 平衡状态、状态方程式、坐标图
一、平衡状态
热力系在没有外界作用的情况下〔重力场除 外〕，宏观性质不随时间变化的状态。
热力过程：工质由一个状态变化到另一状态所经历 的全部状态的总和。
实际过程由一系列非 平衡状态组成
例：
非平衡状态
无法简单描述
平衡状态
宏观静止
能量不能转换
“平衡〞意味着宏观静止， 引入 理想模型：
“过程〞意味着变化，意味着
准平衡过程
平衡被破坏。二者如何统一？
一、准平衡过程 热力系从一个平衡态连续经历一系列
系统与外界 通过边界进 展相互作用
热力系的选取主要决定于研究任务 。
选取热力系时注意：
❖热力系可以很大，但不能大到无限。
❖热力系可以很小，但不能小到只包含少量分子， 以致不能遵守统计平均规律。
❖ 边界可以是实际存在的， 也可以是假想的。
❖ 边界可以是固定的， 也可以是变动的。
系统与外界通过边界进展相互作用。
平衡的中间态过渡到另一个平衡态
工程热力学简答题
⒈ 闭口系与外界无物质交换,系统内质量将保持恒定，那末，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 答：否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时(如稳态稳流系统) ,系统内的质量将保持恒定不变。
⒉ 有人认为,开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点 对不对，为什么？答:不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量， 是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量” .物质并不“拥有"热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无 关。
⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答： “平衡状态"与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点;但平衡状态要求的是在没 有外界作用下保持不变；而平衡状态则普通指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在.⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?在绝对压力计算公式 中,当地大气压是否必然是环境大气压？答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力， 是地面以上空气柱的分量所造成的，它随着各地的纬度、高度温和候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压 力不变,表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压.准确地说,计算式中的 P b 应是“当地环境介质”的压力,而不是随便任何其它意 义上的“大气压力”，或者被视为不变的“环境大气压力”。
⒌ 温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热 力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
⒍ 经验温标的缺点是什么？为什么？答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。
工程热力学-名词解释
1.第一章 基本概念及定义 2.热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能，以及利用热能所得到动力的整套设备（包括辅助设备）统称热能动力装置。
3.工质：热能和机械能相互转化的媒介物质叫做工质，能量的转换都是通过工质状态的变化实现的。
4.高温热源：工质从中吸取热能的物系叫热源，或称高温热源。
5.低温热源：接受工质排出热能的物系叫冷源，或称低温热源。
6.热力系统：被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。
7.闭口系统：如果热力系统与外界只有能量交换而无物质交换，则称该系统为闭口系统。
（系统质量不变） 8.开口系统：如果热力系统与外界不仅有能量交换而且有物质交换，则称该系统为开口系统。
（系统体积不变） 9.绝热系统：如果热力系统和外界间无热量交换时称为绝热系统。
（无论开口、闭口系统，只要没有热量越过边界） 10.孤立系统：如果热力系统和外界既无能量交换又无物质交换时，则称该系统为孤立系统。
11.表压力：工质的绝对压力>大气压力时，压力计测得的差数。
12.真空度：工质的绝对压力<大气压力时，压力计测得的差数，此时的压力计也叫真空计。
13.平衡状态：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态。
充要条件是同时到达热平衡和力平衡。
14.稳定状态：系统参数不随时间改变。
（稳定未必平衡） 15.准平衡过程(准静态过程)：过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破环后自动恢复平衡所需的时间很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态，那么这样的过程就称为准平衡过程。
它是无限接近于平衡状态的过程。
16.可逆过程：完成某一过程后，工质沿相同的路径逆行回复到原来的状态，并使相互作用所涉及的外界亦回复到原来的状态，而不留下任何改变。
可逆过程=准平衡过程+没有耗散效应（因摩擦机械能转变成热的现象）。
17.准平衡与可逆区别：准平衡过程只着眼工质内部平衡;可逆过程是分析工质与外界作用产生的总效果，不仅要求工质内部平衡，还要求工质与外界作用可以无条件逆复。
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热力学过程的功量与热量
一、功量
1. 力学定义: 力 在力方向上的位移 2. 热力学定义 （1）当热力系与外界发生能量传递时，如果对外界的唯 一效果可归结为取起重物，此即为热力系对外作功。 （2）功是系统与外界相互作用的一种方式，在力的推动 下，通过有序运动方式传递的能量。
3. 功的表达式
2．符号约定：系统吸热“+”； 放热“-”
3．单位： J kJ
4．计算式及状态参数图（T-s图上）表示
2
Q 1 TdS
δQ TdS
(可逆过程）
5. 热量是过程量
三、热量与容积变化功
能量传递方式 容积变化功 传热量
性质 推动力 标志 公式
过程量
过程量
压力 p
温度 T
dV , dv
dS , ds
（1）功的一般表达式
w Fdx
w Fdx
（2）可逆过程容积变化功的计算
2
W 1 δW
2
2
1 pAdx 1 pdV
4. 可逆过程功的特点
2
W 1 δW
2
2
1 pAdx 1 pdV
▲功是过程量
▲功可以用p-v图上过程线
与v轴包围的面积表示
5．功的符号约定： 系统对外作功为“+” 外界对系统作功为“-”
w pdv q Tds
w pdv q Tds
传递方式
宏观运动
微粒运动
四、示功图与示热图
p
T
Q W
示功图
Vபைடு நூலகம்
W pdV
示热图 S
Q TdS
功
热是无条件的；
热
功是有条件、限度的。
6．功和功率的单位：
J 或 kJ J/s W kJ/s kW
附： 1kWh 3600kJ
二、热量
1. 热量定义： （1）热力系通过边界与外界的交换的能量中，除了功的部 分（不确切）。 （2）另一定义：热量是热力系与外界相互作用的另一种方 式，在温度的推动下，以微观无序运动方式传递的能量。