1.1

熱力系統(tǒng)1.熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng)、體系)的定義：人為分割出來(lái)作為熱力學(xué)分析對(duì)象的有限物質(zhì)系統(tǒng)叫做熱力系統(tǒng)。2.系統(tǒng)、外界與邊界外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)。邊界(界面、控制面):系統(tǒng)與外界的分界面。

系統(tǒng)與外界通過(guò)邊界交換能量和質(zhì)量。熱力系統(tǒng)的分類與外界是否有物質(zhì)交換★閉口系統(tǒng)(閉系、封閉系統(tǒng)、控制質(zhì)量系統(tǒng));★開口系統(tǒng)(開系、敞開系統(tǒng)、控制體積系統(tǒng))。開系和閉系在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化，主要和方便。

開系與閉系的轉(zhuǎn)化●熱力系統(tǒng)的分類與外界是否有能量交換簡(jiǎn)單熱力系統(tǒng)；絕熱系統(tǒng)；★孤立系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)一定是閉口系統(tǒng)，也一定是絕熱系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)的分類◆系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)組成的特征★單組分系統(tǒng)：工質(zhì)只由單一組分的物質(zhì)組成★多組分系統(tǒng)：工質(zhì)由多種不同組分的物質(zhì)組成熱力系統(tǒng)的分類

系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的相態(tài)★均勻系統(tǒng)；★

單相系統(tǒng)；★多相系統(tǒng)。均勻系統(tǒng)一定是單相系統(tǒng)。1.2熱力狀態(tài)1.2.1

狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)定義◆某一瞬間熱力系統(tǒng)所呈現(xiàn)的宏觀狀況稱為系統(tǒng)的狀態(tài)。

描述系統(tǒng)所處狀態(tài)的宏觀物理量稱為狀態(tài)參數(shù)。狀態(tài)參數(shù)的分類★基本狀態(tài)參數(shù)：可以直接測(cè)量的狀態(tài)參數(shù)。

如壓力p

、溫度T

、比體積v?！飳?dǎo)出狀態(tài)參數(shù)：由基本狀態(tài)參數(shù)間接求得的參

數(shù)

。如內(nèi)能U、焓H

、熵S等。1.

壓力●壓力的定義沿垂直方向作用在單位面積上的力稱為壓

力(即物理中壓強(qiáng))?！?/p>

對(duì)于容器內(nèi)的氣態(tài)工質(zhì)來(lái)說(shuō)，壓力是大量

氣體分子作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)器壁單位面積撞擊作用力的宏觀統(tǒng)計(jì)結(jié)果?！魤毫Φ姆较蚩偸谴怪庇谌萜鲀?nèi)壁。壓力的單位壓力的單位是N/m2,

符號(hào)是帕

(Pa)常用壓力單位的換算見附表1(222頁(yè))1

atm=760

mmHg=1.013×10?Pa1

at=1

kgf/cm2=9.8067×10?Pa1MPa=10Pa=103kPa=10bar絕對(duì)壓力(p)、

表壓力

真

空

度(p、)絕對(duì)壓力p、表壓力?、真空度》、大氣壓力r,的關(guān)系p.ZBb

.2.=P?1思有絕對(duì)壓方是系統(tǒng)的狀態(tài)壓力的表示方法150kgf/cm2,這時(shí)車間內(nèi)氣壓計(jì)上的讀數(shù)為780mmHg。試求合成塔內(nèi)絕對(duì)壓力等于多少kPa?例

1:已知甲醇合成塔上壓力表的讀數(shù)為試：(1)求吸氣管內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力等于多少kPa?(2)若吸氣管內(nèi)的氣體壓力不變，而大氣例2:在通風(fēng)機(jī)吸氣管上用U型管壓力計(jì)測(cè)出的壓力為30mmH?O,

這時(shí)氣壓計(jì)上的讀數(shù)75mmHlg。壓下降至735lg,

這時(shí)U型管壓力計(jì)1000

的讀數(shù)等于多少?例3:某容器被一剛性壁分成兩部分，在容器的不同部位安裝有壓力計(jì)，如圖所示。壓力表A、C位于大氣環(huán)境中，B

位于室Ⅱ中。設(shè)大氣壓力為97kPa:(1)若壓力表B

、表C的讀數(shù)分別為75kPa

、0.11MPa,

試確定壓力表A上的讀數(shù)及容器兩部分內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力；(2)若表C

為真空計(jì)，讀數(shù)為24kPa,

壓力表B的讀數(shù)為36kPa,試問表A是什么表?讀數(shù)是多少?2.溫度傳統(tǒng)：溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志。微觀：溫度是衡量分子平均動(dòng)能的量度。Tα

0.5m

c2T=0→0.5m

c2=0→

分子一切運(yùn)動(dòng)停止，零動(dòng)能。熱力學(xué)第零定律◆熱平衡：不同物體的冷熱程度相同，則它們處于熱平衡?！魺崃W(xué)第零定律(熱力學(xué)中的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)結(jié)果):若兩個(gè)熱力系分別與第三個(gè)熱力系處于熱平衡，那么這

兩個(gè)熱力系也處于熱平衡。溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)B相當(dāng)于溫度計(jì)熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)第三定律1931年1840~1850年1854~1855年1906年●為什么叫做熱力學(xué)第零定律TESS基準(zhǔn)溫度的熱力學(xué)定義★由熱力學(xué)第零定律可以推斷：處于同一熱平衡

狀態(tài)的各個(gè)熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相

同，用于描述此宏觀特征的物理量——溫度?！餃囟仁谴_定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平

衡的物理量?！餆崃W(xué)第零定律給出了比較溫度的方法。溫標(biāo)◆

攝氏溫標(biāo)t

(單位℃)◆

華氏溫標(biāo)t

(單位F)◆熱力學(xué)溫標(biāo)T

(單位K)◆

朗肯溫標(biāo)T

(單位°R)攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)溫度為0℃,沸點(diǎn)溫度為100℃,兩定點(diǎn)的溫度，

按溫度與測(cè)量物質(zhì)的某種物理量(如液柱體積、

金屬電阻等)的線性關(guān)系確定。熱力學(xué)溫標(biāo)是與測(cè)溫物質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)，它選取水的三相點(diǎn)的溫度為273.16K,

定義1K

的溫

度間隔等于水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。華氏F212100320-459.67朗肯°R671.67559.67491.67459.67

常用溫標(biāo)之間的關(guān)系絕對(duì)K373.15273.16273.15攝氏℃T(K)=t(℃)+273.15T(R)=t(F)+459.67t(°F)=1.8t(℃)+32T(°R)=1.8T(K)△T(K)=△t(C)△T(R)=△t(F)ATR=1.8△t(℃)●溫標(biāo)之間的換算關(guān)系：3.比體積(比容)●比容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)所占的容積m3/kgv=Vm●

密度：?jiǎn)挝蝗莘e所含的物質(zhì)質(zhì)量●反應(yīng)了工質(zhì)聚集的疏密程度kg/m31.2

熱力狀態(tài)1.2.2

狀態(tài)參數(shù)的特性1.數(shù)學(xué)特性●狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)。狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也隨之確定；反之亦然。

: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)。:全微分狀態(tài)參數(shù)的微分特性設(shè)

z

=z(x,y)

,dz

是全微分可判斷是否是狀態(tài)參數(shù)。充要條件是：2.強(qiáng)度參數(shù)和廣度參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)：與物質(zhì)的量無(wú)關(guān)的參數(shù)。如n、T、v等◆強(qiáng)度參數(shù)具有不可加性?！舭岩粋€(gè)均勻系統(tǒng)劃分成若干個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的同名強(qiáng)度參數(shù)相同，且與整個(gè)系統(tǒng)的同名強(qiáng)度參數(shù)相同。非均勻系統(tǒng)內(nèi)各處的同銘參數(shù)值去不一定相同廣度參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)?！魪V度參數(shù)具有可加性，

如m、V、U、E、11、S

等

?！魺o(wú)論系統(tǒng)均勻與否，廣度參數(shù)具有確定的值。單位質(zhì)量的廣度參數(shù)稱為比參數(shù)，如、、h、、等

?！锉葏?shù)具有強(qiáng)度參數(shù)的性質(zhì)；★廣度參數(shù)用大寫字母表示，比參數(shù)用小寫字母；★習(xí)慣上把除比容以外的比參數(shù)的“比”省略。單位摩爾的廣度參數(shù)稱為摩爾參數(shù)，摩爾參數(shù)也具有強(qiáng)度參數(shù)的性質(zhì)。1.2熱力狀態(tài)1.2.3平衡狀態(tài)●定義：在不受外界影響的條件下(重力場(chǎng)除外)

,如果系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。●不能把平衡態(tài)簡(jiǎn)單地說(shuō)成不隨時(shí)間而改變的狀態(tài)，也不能說(shuō)成外界條件不變的狀態(tài)。平衡態(tài)是指系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)?！?/p>

平衡與均勻：均勻系統(tǒng)一定處于平衡狀態(tài)，反之則不然。可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的關(guān)系

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程只是立足于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部工質(zhì)狀態(tài)的平衡性問題，它只涉及工質(zhì)內(nèi)部的狀態(tài)

變化。耗散效應(yīng)對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程無(wú)影響。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程+無(wú)耗散效應(yīng)=可逆過(guò)程●

可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的關(guān)系

可逆過(guò)程不僅要求系統(tǒng)內(nèi)部工質(zhì)必須是平衡可逆的，而

且要求系統(tǒng)工質(zhì)與外界發(fā)生相互作用關(guān)系(能量傳遞效果

)時(shí)也必須是平衡可逆的。因而是反應(yīng)了系統(tǒng)工質(zhì)與外界

兩方面所產(chǎn)生的總效果。要實(shí)現(xiàn)可逆，系統(tǒng)的內(nèi)部和外部都必須是可逆的，即不存在任何不可逆損失。

可逆過(guò)程必然是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，而準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程只是實(shí)現(xiàn)可逆過(guò)程的條件之一。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?！艨赡孢^(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，

容易分析。◆

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。1.3.3熱力循環(huán)●

定義：工質(zhì)從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列過(guò)程后又回到初始狀態(tài)，這些過(guò)程的綜合稱為熱力循環(huán)，簡(jiǎn)

稱循環(huán)?！駸崃ρh(huán)在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上，可表示為一根封閉的曲線，這樣系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的任一狀態(tài)參數(shù)

z在經(jīng)

過(guò)每一熱力循環(huán)后，應(yīng)保持

中dz=0●如果循環(huán)中的每個(gè)過(guò)程都是可逆的，則這個(gè)循環(huán)

稱為可逆循環(huán)。在坐標(biāo)圖上，可逆循環(huán)用閉合實(shí)

線表示，循環(huán)方向以箭頭表示?！繇槙r(shí)針方向，稱為正循環(huán)，是將熱變?yōu)楣Φ难h(huán)；◆逆時(shí)針方向，稱為逆循環(huán)，消耗功而把熱量由低溫

熱源送至高溫?zé)嵩吹难h(huán)?！?/p>

含有不可逆過(guò)程的循環(huán)稱為不可逆循環(huán)。不可逆

循環(huán)中的不可逆過(guò)程用虛線表示。熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)正循環(huán)：凈效應(yīng)(吸熱，對(duì)外作功)T?Q?Q?T?動(dòng)力循環(huán)：熱效率熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)逆循環(huán)：凈效應(yīng)(對(duì)內(nèi)作功，放熱)制冷循環(huán)：制冷系數(shù)熱泵循環(huán)：制熱系數(shù)W例4:判斷下列過(guò)程中哪些是①可逆的②不可逆的③可以是可逆的，并扼要說(shuō)明不可逆的原因。(1)

對(duì)剛性容器內(nèi)的水加熱，使其在恒溫下蒸發(fā)；(2)對(duì)剛性容器內(nèi)的水作功，使其在恒溫下蒸發(fā)；(3)對(duì)剛性容器中的空氣緩慢加熱。使其從50℃升溫到100℃;(4)

一定質(zhì)量的空氣，在無(wú)摩擦、.不導(dǎo)熱的汽缸和活塞中被緩慢壓縮；5DC

的水流與25℃的水流絕