第一章

基本概念BasicConcepts

南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院2015基本要求掌握工程熱力學(xué)中一些基本術(shù)語(yǔ)和概念：熱力系、平衡態(tài)、準(zhǔn)平衡過(guò)程、可逆過(guò)程等。掌握狀態(tài)參數(shù)的特征，基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T的定義和單位等。掌握熱量和功量這些過(guò)程量的特征，并會(huì)用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)對(duì)可逆過(guò)程的熱量、功量進(jìn)行計(jì)算。了解工程熱力學(xué)分析問(wèn)題的特點(diǎn)、方法和步驟?！?-1熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：人為地

研究對(duì)象1、系統(tǒng)的定義ThermodynamicsystemsystemAquantityofmatteroraregioninspacechosenforstudy選取一定的工質(zhì)或空間作為研究對(duì)象，稱(chēng)之為熱力系統(tǒng)。§1-1熱力系統(tǒng)1、系統(tǒng)的定義Thermodynamicsystem系統(tǒng)完全由研究者自己來(lái)設(shè)定。我的系統(tǒng)，聽(tīng)我的！§1-1熱力系統(tǒng)外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)2、系統(tǒng)、外界與邊界邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面系統(tǒng)與外界的作用都通過(guò)邊界surroundingsboundary邊界特性真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動(dòng)fixed、movablereal

、imaginary思考

系統(tǒng)和外界通過(guò)邊界會(huì)有哪些相互作用？Closedsystem—quantityof

matterunderstudyControlmassOnlyheatandworkcancross

boundaryofclosedsystemOpensystem—regioninspaceonwhichattentionisfocusedControlvolumeHeatandworkmay

crosscontrolsurfaceMassmayalsocross

controlsurface熱力系統(tǒng)分類(lèi)以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：

有無(wú)是否傳質(zhì)開(kāi)口系閉口系是否傳熱非絕熱系絕熱系是否傳功非絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)非孤立系孤立系TypesofSystem開(kāi)口系絕熱系孤立系ClosedsystemControlmassIsolatedsystemOpensystemControlvolume閉口系A(chǔ)diabaticsystem1234mQW1

開(kāi)口系§1-1熱力系統(tǒng)非孤立系＋相關(guān)外界＝孤立系1+2

閉口系1+2+3

絕熱閉口系1+2+3+4

孤立系熱力系統(tǒng)其它分類(lèi)方式

其它分類(lèi)方式物理化學(xué)性質(zhì)

均勻系

非均勻系工質(zhì)種類(lèi)多元系單元系相態(tài)多相單相閉口系統(tǒng)是指系統(tǒng)本身質(zhì)量不改變的系統(tǒng)。

開(kāi)口系統(tǒng)的質(zhì)量一定會(huì)發(fā)生改變。

孤立系統(tǒng)的質(zhì)量不可能發(fā)生改變。

閉口絕熱系統(tǒng)的溫度不可能改變。是非題非非是非簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)

簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功容積變化功壓縮功膨脹功Simplecompressiblesystem§1-2狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量Stateandstateproperties§1-2狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)Stateandstateproperties

系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的全部或一部分發(fā)生變化，即表明物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生變化。物質(zhì)的狀態(tài)變化也必然可由參數(shù)的變化標(biāo)志出來(lái)。狀態(tài)參數(shù)一旦確定，工質(zhì)的狀態(tài)也完全確定。因而狀態(tài)參數(shù)是熱力系統(tǒng)的單值函數(shù)，其值只取決于初終態(tài)，與過(guò)程無(wú)關(guān)?！?-2狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)Stateandstateproperties狀態(tài)參數(shù)的特征：1、單值性：狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然2、狀態(tài)參數(shù)的變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)狀態(tài)參數(shù)的積分特征

狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學(xué)上：點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù)12ab例：溫度變化山高度變化pointfunction狀態(tài)參數(shù)的微分特征設(shè)z=z(x,y)狀態(tài)參數(shù)是點(diǎn)函數(shù)，其微分是全微分充要條件：可判斷是否是狀態(tài)參數(shù)Totaldifferentials狀態(tài)參數(shù)

基本狀態(tài)參數(shù)：壓力、溫度、比體積不可測(cè)參數(shù)：熱力學(xué)能、焓、熵等復(fù)合參數(shù)：吉布斯函數(shù)、亥姆霍茲函數(shù)

§1-3基本狀態(tài)參數(shù)壓力

p、溫度T、比容v

（容易測(cè)量）1、壓力

p(pressure)

物理中壓強(qiáng)，單位:Pa(Pascal),N/m2常用單位Units：

1

kPa=103

Pa1bar

=105

Pa

1

MPa

=106

Pa

1

atm

=760

mmHg

=1.013

105

Pa

1

mmHg

=133.3

Pa

1

at=1

kgf/cm2

=9.80665

104

PaBasicstateproperties

壓力——P

單位面積上的垂直作用力稱(chēng)為壓力，它是表征宏觀系統(tǒng)力平衡性質(zhì)的平衡狀態(tài)參數(shù)。

分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)認(rèn)為壓力是大量氣體分子撞擊器壁的平均結(jié)果。§1-3基本狀態(tài)參數(shù)Basicstateproperties壓力p測(cè)量壓力表中顯示的壓力即為狀態(tài)參數(shù)？？？

注意：只有絕對(duì)壓力p才是狀態(tài)參數(shù)示意圖U-tubemanometerBourdonTube絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力當(dāng)

p

>pb表壓力

pe當(dāng)

p

<pb真空度pv示意圖pbpeppvprelativepressureabsolutepressureGagepressureVacuumpressure環(huán)境壓力與大氣壓力——指壓力表所處環(huán)境注意：

環(huán)境壓力一般為大氣壓，但不一定。見(jiàn)課堂習(xí)題環(huán)境壓力Environmentalpressure大氣壓力

Atmosphericpressure工程計(jì)算中的壓力

工程計(jì)算中，選取的壓力必須是絕對(duì)壓力?；痣姀S中所測(cè)得的鍋爐汽包、主蒸汽的壓力值都是表壓力，負(fù)壓燃燒鍋爐爐膛內(nèi)的煙氣和凝汽器內(nèi)乏汽的壓力值為真空，計(jì)算時(shí)都須換算為絕對(duì)壓力。OtherPressureMeasurementDevices高精度測(cè)量：

活塞壓力計(jì)

pistonmanometer工業(yè)或一般科研測(cè)量：壓力傳感器

Pressuretransducers活塞壓力計(jì)陶瓷型壓力傳感器金屬應(yīng)變式壓力傳感器§1-3基本狀態(tài)參數(shù)壓力

p、溫度T、比容v

（容易測(cè)量）2、溫度

T(Temperature)Basicstateproperties

溫度是用來(lái)標(biāo)志物體冷熱程度的物理量。給出嚴(yán)格、確切的定義，和熱力學(xué)基本定律有密切的關(guān)系。溫度T的一般定義傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。感覺(jué)，導(dǎo)熱，熱容量微觀：衡量分子平均動(dòng)能的量度

T

0.5

mw21)

同T

,0.5mw2不同，如碳固體和碳蒸氣2)

0.5mw2總

0,T

0,1951年核磁共振法對(duì)氟化鋰晶體的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)負(fù)的開(kāi)爾文溫度3)T=0

0.5mw

2=0

分子一切運(yùn)動(dòng)停止，零點(diǎn)能溫度的熱力學(xué)定義熱力學(xué)第零定律（R.W.Fowlerin1931）

如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)B溫度計(jì)為什么叫做熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律

1931年

T熱力學(xué)第一定律18401850年

E熱力學(xué)第二定律18541855年

S熱力學(xué)第三定律1906年

S基準(zhǔn)溫度的熱力學(xué)定義

溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量

一切系統(tǒng)必定存在一個(gè)共同的、表征系統(tǒng)微觀熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和宏觀熱平衡性質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，這個(gè)狀態(tài)參數(shù)就稱(chēng)為溫度。溫度如何描述？

溫度如何測(cè)量？溫標(biāo)Temperaturescale

規(guī)定定義點(diǎn)并給出其溫度的準(zhǔn)確值選定一定數(shù)量的固定參考點(diǎn)，這些點(diǎn)的溫度值應(yīng)具有良好的復(fù)現(xiàn)性根據(jù)固定點(diǎn)的布局和溫度范圍的不同，選擇相應(yīng)的測(cè)溫物質(zhì)以及測(cè)溫方法建立起各個(gè)溫度段中的物性與溫度的函數(shù)關(guān)系溫度的數(shù)值表示方法

任選一種物質(zhì)的某一測(cè)溫屬性，采用以上溫標(biāo)的規(guī)定所得到的溫標(biāo)稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴(lài)于測(cè)溫物質(zhì)的物理性質(zhì)。熱力學(xué)理論指出可以建立一種不依賴(lài)于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)的溫標(biāo),即熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)。溫標(biāo)的性質(zhì)1714年Farenheit建立了華氏溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)、固定參考點(diǎn)：水、冰和氯化銨混合物(0oF)

人體的溫度(96oF)12等分1742年Celsius建立了攝氏溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)、固定參考點(diǎn)：水的冰點(diǎn)(100oC)、水的沸點(diǎn)(0oC)100等分經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)開(kāi)爾文在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上，從理論上引入的與測(cè)溫物質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)。它可作為標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)，一切經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)均可以用此溫標(biāo)來(lái)校正。

符號(hào)為T(mén)，單位為K(稱(chēng)“開(kāi)爾文”)。

規(guī)定水的三相點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定此點(diǎn)的溫度為273.16K絕對(duì)溫標(biāo)溫標(biāo)Temperaturescale

熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）Kelvinscale

（Britisher,L.Kelvin,1824-1907）

攝氏溫標(biāo)Celsiusscale(Swedish,A.Celsius,1701-1744）

華氏溫標(biāo)Fahrenheitscale(German,G.Fahrenheit,1686-1736)

朗肯溫標(biāo)Rankinescale(W.Rankine,1820-1872)常用溫標(biāo)之間的關(guān)系絕對(duì)K攝氏℃

華氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔點(diǎn)水三相點(diǎn)鹽水熔點(diǎn)發(fā)燒水沸點(diǎn)559.67溫標(biāo)的換算Temperaturemeasurement溫度計(jì)物質(zhì)（水銀，鉑電阻）特性（體積膨脹，阻值）基準(zhǔn)點(diǎn)刻度

Scale溫標(biāo)

TemperaturescaleReferencestateTemperatureMeasurementDevices日常：水銀溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)，

thermometer工業(yè)：熱電偶Thermocouple

熱電阻Resistancetemperaturedetector

輻射溫度計(jì)Radiationthermometer計(jì)量：鉑電阻溫度計(jì)Platinum熱電偶測(cè)溫原理§1-3基本狀態(tài)參數(shù)壓力

p、溫度T、比容v

（容易測(cè)量）3、比容

v(specificvolume)Basicstateproperties[m3/kg]工質(zhì)聚集的疏密程度物理上常用密度density

[kg/m3]比參數(shù)比參數(shù)：比容比內(nèi)能比焓比熵單位：/kg/kmol

同物質(zhì)的量無(wú)關(guān)強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)：與物質(zhì)的量無(wú)關(guān)的參數(shù)如壓力

p、溫度T廣延參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)

可加性如

質(zhì)量m、容積

V、內(nèi)能

U、焓

H、熵SIntensivepropertiesExtensiveproperties強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù)速度動(dòng)能高度

位能

內(nèi)能溫度應(yīng)力摩爾數(shù)（強(qiáng)）（強(qiáng)）（強(qiáng)）（強(qiáng)）（廣）（廣）（廣）（廣）Velocity

KineticEnergyHeight

PotentialEnergyTemperature

InternalEnergyStressMol§1-4平衡狀態(tài)Equilibriumstate1、定義：

在不受外界影響的條件下（重力場(chǎng)除外），如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。Asysteminequilibriumexperiencesnochangeswhenitisisolatedfromitsurroundings.以銅棒為系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，是否可以稱(chēng)為處于平衡狀態(tài)？ManytypesofEquilibrium1、熱平衡Thermalequilibrium:ifthetemperatureisthesamethroughouttheentire溫差

Temperaturedifferential熱不平衡勢(shì)UnbalancedpotentialsManytypesofEquilibrium2、力平衡Mechanicalequilibrium:ifthereisnochangeinpressureatanypointofthesystemwithtime

Thevariationofpressureasaresultofgravityinmostthermodynamicsystemisrelativelysmallandusuallydisregarded壓差

Pressuredifferential力不平衡勢(shì)UnbalancedpotentialsManytypesofEquilibrium3、相平衡Phaseequilibrium:whenthemassofeachphasereachesanequilibriumlevelandstaysthere4、化學(xué)平衡Chemicalequilibrium:ifitschemicalcompositiondoesnotchangewithtime.Thatis,nochemicalreactionsoccur.§1-4平衡狀態(tài)Equilibriumstate

溫差

—

熱不平衡勢(shì)

壓差

—

力不平衡勢(shì)

相變

—相不平衡勢(shì)化學(xué)反應(yīng)

—

化學(xué)不平衡勢(shì)平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢(shì)Inanequilibriumstatetherearenounbalancedpotentials§1-4平衡狀態(tài)Equilibriumstate系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)與外界之間的一切不平衡勢(shì)差（力差、溫差、化學(xué)勢(shì)差）消失是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱力平衡狀態(tài)的充要條件。平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)之間的關(guān)系？平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)之間的關(guān)系？平衡Equilibrium與穩(wěn)定Steady穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差去掉外界影響，則狀態(tài)變化若以（熱源+銅棒+冷源）為系統(tǒng)，又如何？穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定平衡Equilibrium與均勻Even平衡：時(shí)間上均勻：空間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的平衡Equilibrium與均勻Even對(duì)于處于熱力平衡態(tài)下的氣體、液體（單相），如果不計(jì)重力的影響，則系統(tǒng)內(nèi)部各處的性質(zhì)是均勻一致的，各處的溫度、壓力、比體積等狀態(tài)參數(shù)相同。如果考慮重力影響，則系統(tǒng)中的壓力和密度將沿高度而有所差別。對(duì)于氣液兩相并存的熱力平衡系統(tǒng)，氣相和液相的密度不同，因而系統(tǒng)不是均勻的。本書(shū)在未加特別說(shuō)明之處，一律把平衡狀態(tài)下的單相物系當(dāng)作是均勻的，各處的狀態(tài)參數(shù)相同。為什么引入平衡概念？

如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述能量交換狀態(tài)變化破壞平衡如何描述§1-5準(zhǔn)靜態(tài)/平衡過(guò)程平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)無(wú)法簡(jiǎn)單描述平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒(méi)有能量交換

就熱力系本身而言，熱力學(xué)僅對(duì)平衡狀態(tài)進(jìn)行描述，“平衡”意味著宏觀是靜止的，而要實(shí)現(xiàn)能量交換，熱力系又必須通過(guò)狀態(tài)的變化即過(guò)程來(lái)完成，“過(guò)程”意味著變化，意味著平衡被破壞?！捌胶狻焙汀斑^(guò)程”這兩個(gè)矛盾的概念怎樣統(tǒng)一起來(lái)呢？這就需要引入準(zhǔn)平衡（靜態(tài)）過(guò)程。建立準(zhǔn)平衡過(guò)程的目的quasi-static,orquasi-equilibrium

同數(shù)學(xué)上的積分概念相比擬。同學(xué)們大膽推測(cè)一下準(zhǔn)平衡過(guò)程建立的基本方法？一般過(guò)程Processp1

=p0+重物p，Tp0T1

=T0突然去掉重物最終p2

=p0T2

=T0pv12..準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程Quasi-staticprocessp1

=p0+重物p，Tp0T1

=T0假如重物有無(wú)限多層每次只去掉無(wú)限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有實(shí)際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換疑問(wèn)：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢，工程上怎樣處理？弛豫時(shí)間

在外界不產(chǎn)生任何影響的條件下，系統(tǒng)從一個(gè)非平衡狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間（弛豫時(shí)間），總能達(dá)到一個(gè)，而且只有一個(gè)穩(wěn)定的熱力學(xué)平衡狀態(tài)。我們稱(chēng)之為穩(wěn)定平衡態(tài)定律。(TheLawofStableEquilibrium,LSE)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條件破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）>>有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程Relaxationtime準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)際過(guò)程進(jìn)行得足夠緩慢的極限情況。一般的工程過(guò)程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程具體工程問(wèn)題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛薄?-6狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖平衡狀態(tài)可用一組狀態(tài)參數(shù)描述其狀態(tài)狀態(tài)公理：對(duì)組元一定的閉口系，獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù)

N=n+1想確切描述某個(gè)熱力系，是否需要所有狀態(tài)參數(shù)？狀態(tài)公理Statepostulate狀態(tài)公理：對(duì)組元一定的閉口系，獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù)

N=n+1對(duì)于組成一定的物質(zhì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)平衡態(tài)的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)有

n+1n－表示系統(tǒng)與外界進(jìn)行準(zhǔn)靜功交換的種類(lèi)數(shù)目1－表示系統(tǒng)與外界的熱交換狀態(tài)公理Statepostulate閉口系：而不平衡勢(shì)差彼此獨(dú)立

獨(dú)立參數(shù)數(shù)目N=不平衡勢(shì)差數(shù)

=能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目

=各種功的方式+熱量=n+1n

容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等不平衡勢(shì)差狀態(tài)變化能量傳遞消除一種

達(dá)到某一

消除一種能量不平衡勢(shì)差方面平衡傳遞方式簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)的獨(dú)立變量數(shù)簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N=n+1=2只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功

Thestateofasimplecompressiblesystemiscompletelyspecifiedbytwoindependentproperties狀態(tài)方程Equationofstate簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N=2狀態(tài)方程

基本狀態(tài)參數(shù)（p,v,T)之間的關(guān)系狀態(tài)方程的具體形式理想氣體的狀態(tài)方程實(shí)際工質(zhì)的狀態(tài)方程？？？取決于工質(zhì)的性質(zhì)TheIdeal-GasEquationofState座標(biāo)圖diagram簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)N=2，平面坐標(biāo)圖pv1）系統(tǒng)任何平衡態(tài)可表示在坐標(biāo)圖上說(shuō)明：2）過(guò)程線中任意一點(diǎn)為平衡態(tài)3）不平衡態(tài)無(wú)法在圖上用實(shí)線表示常見(jiàn)p-v圖和T-s圖21準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功pp外f初始：p

A

=p外

A

+fA如果

p外微小

可視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程dl以汽缸中mkg工質(zhì)為系統(tǒng)mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化對(duì)外界作的功

W

=p

A

dl=pdV1kg工質(zhì)

w

=pdvdl很小，近似認(rèn)為p不變MovingBoundaryWork準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功pp外2mkg工質(zhì)：

W=pdV1kg工質(zhì)：

w=pdv1注意：上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程示功圖indicator(p-V)diagrampV.12.pp外21mkg工質(zhì)：

W=pdV1kg工質(zhì)：

w=pdvW準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的說(shuō)明pV.12.2）

p-V圖上用面積表示3）功的大小與路徑有關(guān)，

過(guò)程量Pathfunction4）統(tǒng)一規(guī)定：dV>0，膨脹對(duì)外作功（正）

dV<0，壓縮外內(nèi)作功（負(fù)）5）適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)（一般為流體）6）外力無(wú)限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7）有無(wú)f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別1）單位為[kJ]

或[kJ/kg]Ww

系統(tǒng)經(jīng)歷某一過(guò)程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過(guò)程為可逆過(guò)程。注意可逆過(guò)程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過(guò)程。§1-7可逆reversible過(guò)程

可逆過(guò)程必須是準(zhǔn)平衡過(guò)程，即必須在勢(shì)差足夠小、變化足夠慢的條件下進(jìn)行。這樣，每個(gè)中間狀態(tài)都可以看作是平衡狀態(tài)。而且，一旦改變勢(shì)差的方向，即可改變過(guò)程的方向。可逆過(guò)程必須滿足的條件I

可逆過(guò)程中不存在任何耗散效應(yīng)，如摩擦、擾動(dòng)、電阻、永久變形等。即可逆過(guò)程是無(wú)耗散效應(yīng)的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程?？赡孢^(guò)程必須滿足的條件II可逆過(guò)程的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程+無(wú)耗散效應(yīng)=可逆過(guò)程無(wú)不平衡勢(shì)差通過(guò)摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）

不平衡勢(shì)差

不可逆根源

耗散效應(yīng)

耗散效應(yīng)irreversibilityDissipativeeffectHeattransfer常見(jiàn)的不可逆過(guò)程不等溫傳熱T1T2T1>T2Q節(jié)流過(guò)程

(閥門(mén)）p1p2p1>p2FrequentlyencounteredirreversibilitiesThrottler常見(jiàn)的不可逆過(guò)程混合過(guò)程?????????????????★★★★★★★★★★★★★★自由膨脹真空????????????FrequentlyencounteredirreversibilitiesUnrestrainedexpansionMixingprocess引入可逆過(guò)程的意義

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)際過(guò)程的理想化過(guò)程，但并非最優(yōu)過(guò)程，可逆過(guò)程是最優(yōu)過(guò)程。

可逆過(guò)程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分析。

實(shí)際過(guò)程不是可逆過(guò)程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過(guò)程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正?？赡孢^(guò)程和準(zhǔn)平衡過(guò)程的區(qū)別?思考

一切準(zhǔn)平衡過(guò)程只要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而有無(wú)外部機(jī)械摩擦對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部平衡無(wú)影響，所以準(zhǔn)平衡過(guò)程可以存在耗散效應(yīng)。

可逆過(guò)程則是分析系統(tǒng)與外界作用的總效果，不僅要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而且要求系統(tǒng)與外界的作用可以無(wú)條件逆復(fù)，過(guò)程進(jìn)行時(shí)不能存在任何能量上的耗散。

可逆過(guò)程必是準(zhǔn)平衡過(guò)程，準(zhǔn)平衡過(guò)程是可逆過(guò)程的必要條件?？赡孢^(guò)程和準(zhǔn)平衡過(guò)程的區(qū)別§1-8功量Work1、力學(xué)定義:力

在力方向上的位移2、熱力學(xué)定義功的熱力學(xué)定義I

當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時(shí)，如果對(duì)外界的唯一效果可歸結(jié)為取起重物，此即為熱力系對(duì)外作功。

Workisdonebyasystemifthesoleeffectonthesurroundings

couldbetheraisingofaweight.功的熱力學(xué)定義II

Workisanenergyinteractionbetweenasystemanditssurroundings,iftheenergycrossingtheboundaryofaclosedsystemisnotheat,itmustbework.

功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動(dòng)下，通過(guò)有序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。功的表達(dá)式功的一般表達(dá)式熱力學(xué)最常見(jiàn)的功容積變化功

其他準(zhǔn)靜態(tài)功：拉伸功，表面張力功，電功等系統(tǒng)在膨脹過(guò)程中所作出的功，可能一部分被摩擦耗散，一部用以排斥大氣、反抗大氣壓力作用，余下的才是可被利用的功，稱(chēng)為有用功有用功＝膨脹功－排斥大氣功－耗散功其中排斥大氣功：對(duì)于可逆過(guò)程，有用功為：有用功§1-9熱量與熵HeatandEntropyHeatisdefinedastheformofenergythatistransferredbetweentwosystems(oritssurroundings)byvirtueofatemperaturedifference.

熱量定義：

熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動(dòng)下，以微觀無(wú)序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。熵（Entropy）的定義reversible比參數(shù)[kJ/kg.K]ds:

可逆過(guò)程

qrev除以傳熱時(shí)的T所得的商

清華大學(xué)劉仙洲教授命名為“熵”廣延量[kJ/K]熵的說(shuō)明1、熵是狀態(tài)參數(shù)

3、熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過(guò)程

傳熱的大小與方向2、符號(hào)規(guī)定系統(tǒng)吸熱時(shí)為正

Q>0dS>0系統(tǒng)放熱時(shí)為負(fù)

Q<0dS<04、用途：判斷熱量方向計(jì)算可逆過(guò)程的傳熱量示功圖與示熱圖pVWTSQ

示功圖溫熵(示熱)圖熱量與容積變化功能量傳遞方式容積變化功傳熱量性質(zhì)過(guò)程量過(guò)程量推動(dòng)力壓力p

溫度T標(biāo)志dV,dv

dS

,ds公式條件準(zhǔn)靜態(tài)或可逆