第一章熱力學(xué)基本概念和基礎(chǔ)第一節(jié)熱力學(xué)基本概念第二節(jié)狀態(tài)平衡狀態(tài)第三節(jié)熱力狀態(tài)參數(shù)第四節(jié)熱力學(xué)常用狀態(tài)參數(shù)第五節(jié)狀態(tài)方程狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖第六節(jié)功和熱量第一節(jié)熱力學(xué)基本概念1.1熱力系1.1.1熱力系的定義熱力學(xué)中這種通過抽象的邊界人為分離出來的研究對(duì)象稱為熱力系其余稱為外界或環(huán)境熱力系邊界可實(shí),虛,可固定,可變化封閉熱力系只與外界有能量交換而無物質(zhì)交換,又稱之為閉口系開口熱力系與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換,稱之為開口熱力系.孤立系與外界既無能量交換又無物質(zhì)交換,稱之為孤立系1.1.2熱力系的分類按熱力系與外界的關(guān)系：按熱力系內(nèi)部狀況單相系多相系單質(zhì)系混合系第二節(jié)狀態(tài)平衡狀態(tài)1.2.1定義:指某一瞬間熱力系全部宏觀特性的集合1.2.2分類1.2.3.平衡態(tài)的成立條件平衡態(tài):熱力系各部分性質(zhì)相同,且不隨時(shí)間而改變.是工程熱力學(xué)的主要研究對(duì)象。非平衡態(tài)。力平衡熱平衡化學(xué)平衡相平衡第三節(jié)熱力狀態(tài)參數(shù)1.3.1狀態(tài)參數(shù)的定義用以描述熱力系狀態(tài)的宏觀特性量稱為熱力狀態(tài)參數(shù)。它從不同的方向描述狀態(tài)。1.3.2狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)與狀態(tài)一一對(duì)應(yīng).而與從一個(gè)狀態(tài)到另一狀態(tài)的中間過程無關(guān)。從數(shù)學(xué)上講即：∮dx=01.3.3狀態(tài)參數(shù)的分類廣延參數(shù)：與質(zhì)量成正比，且可以相加的狀態(tài)參數(shù)，如：容積，內(nèi)能，熵，焓等。強(qiáng)度參數(shù)：與質(zhì)量無關(guān)且不可相加的狀態(tài)參數(shù)，如：溫度，壓力，密度，比熵，比內(nèi)能，比焓等。第四節(jié)熱力學(xué)常用狀態(tài)參數(shù)1.4.1壓力1.4.1.1壓力的定義單位面積上承受的垂直力，數(shù)學(xué)表達(dá)式：大量分子撞擊表面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由上式計(jì)算得到，熱力學(xué)中稱為絕對(duì)壓力，用字母P表示，單位Pa：是狀態(tài)參數(shù)。1.4.1.2表壓力與真空度表壓力：當(dāng)工質(zhì)的絕對(duì)壓力大于大氣壓時(shí)，高于大氣壓的部分稱為表壓力，用Pg表示真空度：當(dāng)工質(zhì)的絕對(duì)壓力小于大氣壓時(shí)，低于大氣壓的部分稱為真空度，用Pv表示1.4.2溫度1.4.2.1熱力學(xué)第零定律當(dāng)兩熱力系分別與第三個(gè)熱力系處于熱平衡時(shí)，則這兩熱力系也彼此處于熱平衡：1.4.2.2溫度的熱力學(xué)定義溫度是描述熱力系是否處于熱平衡的狀態(tài)參數(shù)1.4.2.3溫標(biāo)溫標(biāo)指溫度的標(biāo)度溫標(biāo)的三個(gè)要素：①零點(diǎn)②兩個(gè)狀態(tài)點(diǎn)③分度分類：攝氏溫標(biāo)：零點(diǎn)取水冰點(diǎn)水冰點(diǎn)，水沸點(diǎn)分度100，單位℃開氏溫標(biāo)：零點(diǎn)取絕對(duì)零點(diǎn)水冰點(diǎn)，水沸點(diǎn)分度100，單位K1.4.2.4溫度的判讀：溫度計(jì)玻璃管水銀溫度計(jì)，熱電偶，熱電阻，半導(dǎo)體理想氣體溫標(biāo)：在自然界判讀介質(zhì)的物理特性并非與溫度成絕對(duì)線性關(guān)系，所以常利用理想氣體溫標(biāo)由：當(dāng)p=const，有：現(xiàn)R、P均為常數(shù)，因此v與t成標(biāo)準(zhǔn)線性關(guān)系，便于判讀1.4.3比容定義:單位質(zhì)量物質(zhì)所占的容積，字母v表示，單位m3/kg1.4.4內(nèi)能定義：熱力系大量微粒具有的能量和包括微觀動(dòng)能，勢(shì)能和化學(xué)能。用U表示，單位J，常用kJ一般：Up------------微觀勢(shì)能Uk------------微觀動(dòng)能比內(nèi)能：u=U/m

單位：kJ/kg1.4.5焓焓為一導(dǎo)出狀參，用H

表示，單位J，常用kJ表達(dá)式：H=U+PV比焓：h=H/m=u+Pv單位:kJ/kg1.4.6熵熵也為一導(dǎo)出狀參，用S表示其定義式為:單位：kJ/K比熵：s=S/m單位:kJ/kg.K第五節(jié)狀態(tài)方程狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖1.5.1狀態(tài)方程足夠的狀參就能確定一個(gè)狀態(tài),而一旦狀態(tài)確定,應(yīng)該狀態(tài)的所有狀參也就確定了熱力學(xué)的研究結(jié)果告訴我們,對(duì)于可壓縮純物質(zhì)只要兩個(gè)狀參就足夠了那么從數(shù)學(xué)上就應(yīng)有:

v=f(p,t)u=f(p,t)h=f(p,t)s=f(p,t)(設(shè)已知狀參為p,t)以上這一系列方程都可稱為狀態(tài)方程,但在不作說明的情況下它通常指p,v,T組成的方程.。1.5.2狀參坐標(biāo)圖兩個(gè)狀參可確定一個(gè)狀態(tài),那么就可以畫一些二維坐標(biāo)圖,其橫縱坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)參數(shù),其上點(diǎn)即為狀態(tài)點(diǎn).。注:對(duì)非平衡態(tài)由于其各部分狀參不盡相同,故無法繪在狀參坐標(biāo)圖上第六節(jié)功和熱量一、功

1.定義：熱力系與外界進(jìn)行的有序能交換量，用W表示

2.功的計(jì)算式①物理上為:

W=F.·S②若系統(tǒng)內(nèi)外力平衡所以當(dāng)可逆時(shí)有:dw=pdv

并且：dv>0時(shí)w為正

dv<0時(shí)w為負(fù)即熱力系對(duì)外作功時(shí)W為正值，反之為負(fù)3.p-v圖二、熱

1.定義：熱力系與外界進(jìn)行的無序能交換量，用Q表示，規(guī)定熱力系從外界吸熱時(shí)為正

2.熱量的表達(dá)式考慮：dw=pdv

式中：p為壓差是作功的驅(qū)動(dòng)力

dv表示熱力系是否作功對(duì)于Q：

熱傳遞的驅(qū)動(dòng)力是：