热力学绪论课件

第一章热力学第一定律和热化学

4
四、物理化学在医药学中的应用
1、疾病的诊断，有许多依靠仪器，其中一些仪器的使用会涉及物理化学的原理。如血液电泳，血粘度的测定。 2、从天然药物中分离提取有效成分需要用到蒸馏、萃取、乳化、吸附等操作，这些要用到有关相平衡，表面现象等物理化学知识。
3、药物生产过程中的温度控制、药物浓度的摸索，药物稳定性、保存条件、药物有效期确定等，都需要用到动力学方面的知识。
V2
V1
pedV
当始、终态确定的条件下, 不同途径有不同大小的功。功不是状态函数！
25
功
W pedV
V1
V2
当dV>0，则W<0，体系对环境做膨胀功；当dV<0，则W>0，环境对体系做压缩功。几种不同过程的体积功：恒容过程：即过程中dV ＝0，则 δW体＝- Pe×dV＝0 恒压过程：即过程中外压恒定不变，则 W体＝ -∫Pe×dV＝ -Pe× (V2－V1) 自由膨胀过程：即过程中Pe＝0，则 W体＝- Pe×dV＝0 说明：功是过程量，不是状态函数，与途径有关，是途径函数。途径函数的微小变化，用δ W表示，不能写为dW或Δ W。不能说某个状态具有多少功。
19
五、过程与途径
过程: 体系状态从始态变化至终态, 称为经历了一个过程. • • • • • • • • • • • 恒温过程变化过程中，T不变恒压过程变化过程中，p不变恒容过程变化过程中，V不变绝热过程 Q = 0 循环过程 X = 0 ( X为任意状态函数) 可逆过程始终无限趋近平衡态单纯pVT 变化相变化化学变化电化学变化界面变化

热力学

第一章绪论

一、概述:能源科学的入门课

自然界中常用能源：风能、水能、常规燃料中的化学能、太阳能、地热、核。其中常规燃料中的化学能、太阳能、地热、核为热能，占90%，可以直接利用，约占利用的16%，为传热学研究；风能、水能为机械能，工程热力学所研究，间接利用占84%。

二、研究对象：热能与机械能之间的相互转换规律和方法，并探讨提高转换效率的途径。

三、主要研究内容

1、基本概念、基本定律

2、工质的热力性质

3、热力过程、热力循环

第二章基本概念

一、工质：用来实现相互能量转换的媒介物质

具备特点：对体积的变化敏感且迅速有效：气（汽）体；易发生气液相变的液体。

二、热力系

1、定义：人为地选取一定范围内的物质作为研究对象称为热力系统，简称系统。

开口系用控制体积法研究，即CV系

三、状态与状态参数

1、状态：是热力系在某一瞬时呈现出的宏观物理状况。

2、状态参数：描述系统工质状态的宏观物理量

（1）、一一对应

状态==========状态系数

状态参数的改变只取决于给定的初始和终了状态而与过程所经历的路径无关。（2）、常用的状态参数

压力P、温度T、体积V、内能U、焓H、熵S

其中P、T与质量无关，也叫强度量

V、U、H、S和质量有关，具有可加性，称作尺度量，尺度量/M称为比参数，v、u、h、s就也可称为强度量

（3）、基本状态参数，可直接用仪表测得p、t、v

其它状态参数可由它们之间的关系导出。

3、压力P

（1）、实质：气体分子运动撞击壁面，在垂直于单位面积的容器壁面上所呈现的平均作用力。单位1Pa=1N/m3

（2）几种压力之间的关系

化工热力学讲义-1-第二章-流体的p-V-T关系36页PPT文档

2.2 气体的状态方程
对于纯流体，单相时，根据相律：
FC 2
则自由度F=2，故P、V、T三个变量只要其中两个确定，第三个也就确定了，或者说P、V、T必然满足以下函数式：
fp,V,T0
该式称为状态方程（EOS）。
研究状态方程EOS的意义： ①用EOS可精确代表相当广泛范围内的P-V-T数据，从而大大减少实验测定工作量； ②用EOS可推算不能由实验直接测定的其他热力学性质； ③可进行相平衡计算。
②研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用的规律。
二、研究方法热力学研究方法：分为宏观、微观两种。本书就工程应用而言，主要介绍的是宏观研究方法。
宏观研究方法特点： ①研究对象：将大量分子组成的体系视为一个整体，研究大量分子中发生的平均变化，用宏观物理量来描述体系的状态；
②研究方法：采取对大量宏观现象的直接观察与实验，总结出具有普遍性的规律。
第一章绪论
一、研究对象热力学研究对象：是研究能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系的科学，总之，它研究的是热现象。
将热力学基本定律应用于机械工程、化学、化工等各个领域，而形成了工程热力学、化学热力学、化工热力学等重要学科。
工程热力学研究对象：研究热能与机械能之间转换的规律和以及提高能量转换效率的途径。
RTC
VC b2
a、b两式中消去VC，代之以pC。

化工热力学第1章绪论-热力学

（1824-1907）
热力学之父
1.1热力学的定义及发展
1853 年Kelvin把能量转化与物
系的热力学能(内能)联系起来，
给出了热力学第一定律的数学
表达式。
U Q W
1865年Clausius提出“熵”的概
念，给出了热力学第二定律的
数学表达式。
Kelvin
Kelvin
(1824-l907）
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
dH TdS VdP
dA SdT PdV
dG SdT VdP
A
G
S

T V T P
H
G
V

P S P T
热力学第二定律的数学表达式
Clausius
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)

化工热力学ppt

模型：经典热力学原理必须与反映系统特征的模型相结合，才能解决实际问题。因为它只表示了上述两类热力学性质之间的普遍依赖关系，并不因具体系统而异。具体系统的这种关系还要由此系统的特征来决定，这种特征在实际应用过程中，常采用半经验模型来表达。本书涉及到的半经验模型主要有两种，一是状态方程（EOS），可以表示为 P = P（T、V、a、b，…）二是活度系数模型，可以表示为
第一章绪论
1.1 化工热力学的目的、意义（1）化工热力学的目的：是运用经典热力学原理，结合反映系统特征的模型，解决化工过程中热力学性质计算和预测、相平衡与化学平衡计算以及能量有效利用等实际问题的科学。经典热力学原理：经典热力学原理是以热力学三大定律为基础，运用数学方法推得的系统中热力学性质之间的关系式，可以表示为 M = f（T、P）或M = f（T、V）的形式，其中的P、T、V分别表示压力、温度和摩尔体积，它们是能够实验测定的、最容易获得的基本性质，而M = U、H、S、G、Cp等，它们分别表示系统的摩尔内能、焓、熵、吉布斯函数和等压热容等，这些性质往往是难以实验直接测定的、但是在实际应用中最有用的性质。
本章内容主要有：纯物质的P-V-T相图；纯流体P-V-T关系—状态方程EOS（包括立方型和多常数型）和对应态原理；纯流体饱和性质的专用方程；均相定组成混合物的P-V-T性质。

第一章热力学第一定律

如描述一定量的理想气体的状态
物质的量n，温度T，压力p和体积V
• 一个系统的宏观性质数值一定，则系统的状态就确定了。宏观性质发生变化，则状态也就发生变化。 • 宏观性质又被称为状态性质或热力学性质。 • 各状态性质之间彼此关联，互相制约，互为函数关系。物理化学中，“状态”一般指平衡态
• 2、状态方程：确定系统状态的热力学性质之间的定量关系式。如理想气体状态方程：
4. 热力学只计算变化前后的净结果，而不考虑变化过程的细节，也无需知道物质的微观结构。
热力学研究方法的局限性
1. 能判断变化的方向，而无法说明变化的本质，知其然而不知其所以然； 2. 只能判断变化能不能发生，而无法说明如何才能使它发生，只讲可能性，不讲现实性； 3. 热力学中没有时间这个变量，不考虑变化的速率和进行的细节； 4. 热力学只能对现象之间的联系作宏观了解，而不能从微观上计算宏观性质的数值。例如热力学能给出蒸汽压与蒸发热的关系，但不能计算某液体的实际蒸汽压是多少。
1、体系状态确定，状态函数值便被确定； 2、体系经历一过程，状态函数差值，只取决于体系的始末两态。 3、系统经过一个循环过程后，状态函数的值变为0。
p
A
I
Z1 ＝ Z2
Ⅱ
B
V
• 状态函数口诀：
殊途同归，值变相等；周而复始，值变为零。
• 已学得状态函数：

物理化学绪论第一章热力学第一定律

• 化学平衡（chemical equilibrium）: 体系内各化学反应达平衡(K) 对于简单体系只要求达机械平衡和热平衡
绪论
小结：
1.系统分类：敞开系统，封闭系统，孤立系统 2.体系性质：广度性质，强度性质 3.热力学平衡态：机械平衡，热平衡，相平衡，
化学平衡 4.状态函数 5.过程与途径
物理化学
绪论本章目录
0-1 什么是物理化学 0-2 物理化学发展简史 0-3 物理化学的研究内容 0-4 怎样学习物理化学 0-5 基本概念
绪论
一、什么是物理化学？
绪论
物理化学 - 从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律。在实验方法上主要采用物理学中的方法。
绪论
杂化轨道理论
Pauling
共价键理论
Lewis
量子化学
绪论
前线轨道理论
福井谦一分子轨道对称守恒原理
Hoffman
绪论
三、物理化学的研究内容
(1) 化学变化的方向和限度问题
(2) 化学反应的速率和机理问题 (3) 物质的性质与其结构之间的关系问题
绪论
四、怎样学习物理化学
(1) 抓住重点，在理解上下功夫 (2) 多做习题
绪论
2) 体系: 容器+加热器+水环境: 电源+电路

第二章绪论及热力学第一定律课件

隔离系统：无物质交换无能量交换 (孤立系统)
隔离系统
热力学变量的性质
性质——描述系统热力学状态的物理量，又称为热力学变量（1）广度性质（extensive properties）
又称为容量性质，其数值与体系中物质的数量成正比，在体系中有加和性，如体积（V）、质量（m）、热容（C）等。
（2）强度性质（intensive properties）其数值与体系中物质的数量无关，不具有加和性，整
§ 2.5 准静态过程与可逆过程
膨胀与压缩
p
p1V1
1）恒定外压
膨胀：V1V2
W

V2 V1
p外dV

p外(V2
V1)
( p外 = p2)
压缩：V2V1
W

V1 V2
p外dV

p外(V1
V2 )
( p外 = p1)
p2V2
p外
V1
V2 V
膨胀过程
p p1V1
p外
p2V2
p2V2
V2 V
② 恒外压膨胀
p外
p2V2
p外
V1 V
V2 V
③ 二次恒外压膨胀
p2V2
p2
V1
V2 V
④ p-dp外压膨胀
从同样的始态到同样的终态，过程不同，功不同。功不是系统自身的性质，只有发生过程，功才有意义。

《高等化工热力学》课件

在实际应用中，高等化工热力学为化工设计、优化和安全运行提供了理论支持，对于解决能源、环境、资源等问题具有重要意义。
高等化工热力学在新能源、新材料、生物医药等领域也有广泛的应用，为新技术的开发提供了理论依据。
高等化工热力学的研究方向和发展趋势
深入研究化学反应与传递的相互作用机制，探索反应过程中物质传递和能量传递的规律，为
反应过程的优化提供理论支持。
加强与环境、能源等领域的交叉研究，探索化工过程的绿色化、低碳化、资源化发展路径，为可持续发展
提供科技支撑。
针对复杂化学反应体系的热力学性质和传递特性进行研究，发展适用于复杂体系的热力学模型和计算方法。
结合人工智能、大数据等先进技术，发展智能化的热力学分析和优化工具，提高化工过程的效率和效益。
热力学的发展历程
总结词：历史背景
详细描述：热力学理论的发展经历了多个阶段，从早期的经验总结到经典热力学的形成，再到现代热力学理论的不断完善。热力学理论的发展对于化工技术的进步起到了重要的推动作用。
热力学在化工领域的应用
总结词：实际应用
VS
详细描述：在化工领域，热力学广泛应用于各种过程和设备的优化设计、操作和控制。例如，在化学反应过程中，热力学可以帮助确定反应条件和产物分布；在分离过程中，热力学可用于指导分离方法和设备的选择与设计。
热力学第二定律的应用

工程热力学绪论

2.自然界中的能源自然界中的能源（Natural energy resources)
(1)自然能源的种类 (Categories of natural 自然能源的种类 energy resources) A.化学能（Chemical energy ）: 化学能（化学能 such as : 煤炭（coal））石油（crude oil））天然气（天然气（ natural gas ）沼气（firedamp, etc）. ）
Thermodynamics can be defined as a branch of science of energy.
Therme heat
dynamis (Greek words) power
热能 Thermal Energy
§0.1 What does thermodynamics concerns? (热力学涉及哪些内容）热力学涉及哪些内容?）热力学涉及哪些内容
QL ≠ 0
(2) 内燃机装置内燃机装置
Internal combustion engine
空气、空气、油
废气
吸气
压缩点火
膨胀
排气
内燃机装置基本特点内燃机装置基本特点装置
1、热源、 2、工质（燃气）、工质（燃气） 3、工质经历状态变化、 (加压、加热、加压、加热、加压膨胀做功、放热) 膨胀做功、放热 4、冷源、

(1)热力学第一章1

热力系统分类
以系统与外界间能量和物质交换情况划分有无
是否传质
是否传热是否传功
开口系
非绝热系非绝功系
闭口系
绝热系绝功系
是否传热、功、质
非孤立系
孤立系
工程热力学研究的热力系统
开口系（控制容积，控制体）系统与外界不仅有能量交换而且有物质交换系统与外界只有能量交换而闭口系（控制质量）没有物质交换绝热系系统与外界间没有热量交换一种常用系统孤立系系统与外界既无能量交换又无物质交换
介物质称为工质。 • 热源（高温热源）：把工质从中吸收热能的物系称为热源。 • 冷源（低温热源）：把接收工质排出热能的物系叫做冷源。
蒸汽动力装置
1、热源，冷源 2、工质（水、蒸汽） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、膨胀做功、放热)
过热器锅炉
汽轮机
发电机
凝汽器
给水泵
燃气轮机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置
温度测量
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931）如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。
温度测量的理论基础温度计
温度测量

测量温度的仪器称为温度计原理：根据热力学第零定律提出的理论为基础，即，如果两个热力系统中的每一个都与第三个系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡，其温度相同。那么让温度计与物体接触而达到热平衡，则温度计中的测温物质将与被测物体有相同的温度。

《工程热力学》教学课件绪论第1章

动力如如何何实提现高热热能能向向机机械械能能的转转换换的？能转量换利的用基率本（规经律济是性什）么？？
制冷
如何实现机械能向热能的转换？转换的基本规律是什么？如何提高机械能向热能转换的能量利用率（经济性）？
或热泵
2、热科学发展简史
1763~1784年间瓦特改进了蒸汽机使之用于生产，大大提高了生产力； 1842年、1843~1848年迈尔和焦耳各自独立发现热力学第一定律； 1824年卡诺提出了卡诺循环和卡诺定理，奠定了热力学第二定律基础；
《工程热力学》教学课件
授课60学时实验4学时
工程热力学 Thermodynamics
能源概论（绪论） §0-1 自然界的能源及其利用
一、能源及其分类
定义:能源是指可向人类提供各种能量和动力的物质资源。
能源可以根据来源、形态、使用程度和技术、污染程度以及性质等进行分类:
工程热力学 Thermodynamics (一)按来源分:
工程热力学 Thermodynamics 三、热力状态参数、基本状态参数 (一)、状态参数
定义：描述系统状态的宏观物理量
分类：
按与所
含工质的量有
广延量参数：有关，如 H、U、S 等，广延量
参数具有可加性
关否
强度量参数：无关，如 p、T、v，u，h 等
工程热力学 Thermodynamics

《工程热力学》电子讲稿-all

第0章绪论

一、相关知识

1。能源与能量的利用

能量一切物质都具有能量。

能源:提供各种有效能量的物质资源。

暖气—热能；风—风能；太阳—太阳能；原子—原子能，汽、柴油-化学能。

能量的利用过程实质是能量的传递和转换过程，参看课本图0—1。

大多数的能量以热能的形式被利用.

热能的直接应用——供热、采暖

热能的动力应用——转化为机械能或电能

2.热力学

热力学：一门研究物质的能量、能量传递和转换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学. 工程热力学：研究热能与其他形式能量（主要为

．．．

机械能

．．．）之间的转换规律及其工程应用,是

热力学的工程分支。

3.常见的能量转换装置

（1）蒸汽动力装置锅炉

（2) 内燃机汽油机/ 柴油机

(3）燃气轮机航空发动机、机车

（4) 蒸汽压缩制冷装置冷库、空调

四种装置都是热能与机械能的相互转换。

二、课程内容

1.基本概念及定律（基础）

热力系统、状态参数、平衡态、热力学第一定律、第二定律等等.

U（热力学能）、H(焓）、S（熵Entropy）、Ex（Exergy)、An（Anergy）

热力学第0定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两系统彼此也必然处于热平衡。

热力学第1定律：热能作为一种能量形态，可以和其它能量形态相互转换，转换中能量的总量守恒。

热力学第2定律:一切自发实现的涉及热现象的过程都是不可逆的。

热力学第3定律：当趋于绝对零度时，各种物质的熵都趋于零.

2.能量转换过程和循环的分析研究及计算方法

（方法）

热能机械能提高热效率

大气中的热能能否利用？抽掉中间挡板是否做功？

3.能量转换过程常用工质的热力性质（工具）水、氧气、空气、氨（制冷剂）