热工基础第二讲

T2 T1

Q2 Q1
p1V1 T1

p2V2 T2
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温标
国际温标：各国公认并执行的唯一法定温标 国际温标通常具备以下条件：
① 尽可能接近热力学温标； ② 复现精度高，各国均能以很高的准确度复现 同样的温标，确保温度量值的统一； ③ 用于复现温标的标准温度计，使用方便，性 能稳定。
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国际温标（ITS-90）
1-5 工质的状态变化过程（热力过程）
1）膨胀性 2）流动性 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
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物质三态中 气态最适宜。
名词定义
热源（高温热源） ： 工质从中吸取热能的物系。可恒温可变温 例如：锅炉、燃烧室、汽缸、工艺余热等
冷源（低温热源） ： 接受工质排出热能的物系。可恒温可变温 例如：环境、工艺余冷、土壤等
温度T(K) 933.473 1234.93 1337.33 1357.77
物质 Al Ag Au Cu
状态 凝固点 凝固点 凝固点 凝固点
ITS-90 定义的固定点总共17个，这些固定点的准 确度为mK级；低温下限延伸了，按3He蒸汽压方程， 下限定到0.65K。
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2. 标准仪器 将ITS-90的整个温标分为4个温区，其相应标
( K、℃、℉)
℉在我国不常用，而在欧美比较常用。国家相关标准 中规定，符号t表示摄氏度(℃)，符号T表示开尔文(K)。
C
=
5 9
(F
- 32)
F = 9 C + 32 5
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温度单位
温度单位
1-3 工质的热力学状态及基本状态参数 2. 压力：
定义： 单位面积上所受的垂直作用力称为压力（即压强)
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1-2 热力系统
为了研究方便，热力学常把分析对象从周围物体中分 割出来，研究它与周围物体之间的能量和物质的传递。
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1-2 热力系统
汽缸-活塞装置
热力系统（热力系）： 人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统
外界：热力系统以外的部分 边界：系统与外界之间的分界面
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Tips：可以是固定的，也可以是移动的。
1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图
需要注意：
自然界的物质实际上都处于非平衡状态，平 衡只是一种极限的理想状态
工程热力学通常只研究平衡状态
对于简单可压缩系统，两个独立的状态参数 即可确定一个状态
1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图
思考题
• 平衡状态与均匀状态之间的关系？ • 平衡状态与稳定状态之间的关系？
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1. 定义固定点
序号 1 2 3
温度T(K) 0.65～5 13.8033 17
4
20.3
5
20.5561
物质 He e-H2 e-H2(或He)
e-H2(或He)
Ne
状态 蒸汽压与温度关系式 三相点 蒸汽压力点 (或气体温度测定点) 蒸汽压力点 (或气体温度测定点) 三相点
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序号 6 7 8 9 10 11 12 13
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4
温标
摄氏温标：1740年瑞典的Celsius把冰点定为0 度，把水的沸点定为100度，用这两个固定点来 分度玻璃水银温度计，将两个固定点的距离等分 为 100份，每一份为1度记作℃。
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温标
热力学温标 (单位:K)
根据热力学第二定律，由卡诺温介质的性 质无关，避免了经验温标因依附于测温介质特性而 产生随意性。最基本、最理想的温标。但复现装置 结构复杂，价格昂贵，使用不便。
平衡的观点。
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温度的历史
十八世纪中叶，测温技术的发展，给热学研究带来 了深刻影响。 当时对温度计测量的物理量是什么，认识上存在 严重的模糊不清。 随着测温技术的研究和发展，提出了“潜热”和 “比热”等概念，奠定了热学的基础。
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温标
温度不能直接测量，只能借助于冷热不同的物体 之间的热交换，以及物体的某些物理性质随着冷 热程度不同而变化的特性进行间接测量。
温度T(K) 54.3584 83.8058 234.3156 273.16 302.9146 429.7485 505.078 792.677
物质 O2 Ar Hg H2O Ga In Sn Zn
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状态 三相点 三相点 三相点 三相点 熔点 凝固点 凝固点 凝固点
5
序号 14 15 16 17
1-3 工质的热力学状态及基本状态参数
3. 比体积和密度：
比体积： 单位质量物质所占的体积 单位：m3/kg
v

V m
密度： 单位体积物质的质量 单位：kg/m3


m V
v与ρ互成倒数，即：vρ＝1
1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图
一、平衡状态（thermodynamic equilibrium state）
1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图
二、状态方程式
对于简单可压缩热力系统，当它处于平衡状态时， 其压力、温度、比体积等参数服从一定的关系式，这样 的关系式叫做状态方程式。
状态方程式是平衡状态下基本状态参数p、v、T之间 的关系，状态方程式的具体形式取决于工质的性质。
1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图
p,V ,T ,U , H , S
2．状态参数是系统的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
dx 0
dx dx
1a 2
1b 2
1-3 工质的热力学状态及基本状态参数
3．状态参数分类
广延量（extensive property）与系统质量成正比，有可加性 强度量（intensive property ）与系统质量无关，没有可加性
ITS-90的热力学温度记作T，单位为K；摄氏 温度记作t，单位为℃。T和t的关系(与IPTS-68 相同)为：
t = T-273.15
1990年国际温标，是以定义固定点温度指定 值以及在这些固定点上分度过的标准仪器来实 现热力学温标的，各固定点间的温度是依据内 插公式使标准仪器的示值与国际温标的温度相 联系。
一、准静态过程(quasi-static process) 或叫做准平衡过程 (quasi-equilibrium process)
定义：偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变化过程。
进行条件： 破坏平衡的势— p, T 无穷小 气体工质和外界之间的压力差无穷小，温差无穷小
过程进行得无限缓慢，工质有恢复平衡的能力 “缓慢”是热力学意义上的缓慢，准平衡过程是实际过程的 理想化。工质与外界一旦出现不平衡，工质有足够时间得以恢复 平衡，就可以看作准平衡过程。
热力学温标是以热力学第二定律为基础的 一种理论温标，热力学温标确定的温度数值为 热力学温度。
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温标
温标三要素：固定点定义、内插 公式和内插仪器(或称温度计/标准温度 计/标准仪器)，温标三要素的发展历史， 就是温标的发展历史。
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温标
华氏温标：1714年荷兰的Fahrenheit以水银为测 温介质，以水银的体积随温度的变化为依据，制成 玻璃水银温度计。他规定水的沸腾温度为212度，冰 水的混合物温度为32度，这两个固定点中间等分为 180份,每一份为1度，记作F。
燃气动力装置——喷气发动机
Tips: 边界可以是实在的，也可以是假想的。
热力系统的类型 按系统与外界质量交换：
闭口系（closed system） （控制质量CM）
—没有质量越过边界
开口系（open system） （控制体积CV）
—通过边界与外界有质量交换
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热力系统的类型
按能量交换：
绝热系(adiabatic system)：与外界无热量交换; 孤立系(isolated system)：与外界无任何形式的质能交换。
准仪器分别为(相互交叠)： ① 0.65～5.0K，3He 和4He蒸汽压温度计 ； ② 3.0～24.5561K，3He 、4He定容气体温度计 ③ 13.8033K～961.78℃，铂电阻温度计； ④ 961.78℃以上，光学或光电高温计。
3. 内插公式 分得非常细，可以跨范围或交叠使用。
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温度单位
1-5 工质的状态变化过程（热力过程）
就热力系本身而言，热力学仅对平衡状态进行描述， “平衡”意味着宏观是静止的，而要实现能量交换， 热力系又必须通过状态的变化即过程来完成，“过 程”意味着变化，意味着平衡被破坏。
“平衡”和“过程”这两个矛盾的概念怎样统一起 来呢？这就需要引入准平衡过程。
1-5 工质的状态变化过程（热力过程）
为了定量地描述温度的高低，必须建立温度标尺 (温标－－用来衡量温度的标准尺度)，温标就是 温度的数值表示。各种温度计(传感器)的温度数 值均由温标确定。
标定－－温度计在使用前必须先进行分度。
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温标
历史上提出过多种温标，如早期的经验温 标（摄氏温标和华氏温标）， 理论上的热力学 温标，当前世界通用的是国际温标。
压力计 测量工质压力的仪器
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把绝对压力pab、环境大气压力patm 、表压pe 、真空度pv 、 差压△p的相互关系：
压力的单位 国际标准单位：帕斯卡(简称帕) 符号：Pa 1Pa=1N/m2
工程单位：
标准大气压（atm , 也称物理大气压） 巴（bar） 工程大气压（at） 毫米汞柱（mmHg) 毫米水柱（mmH2O)
Tips: 闭口系与系统内质量不变的区别。
Tips：孤立系与绝热系的关系。
1-3 工质的热力学状态及基本状态参数
状态： 工质在热力变化过程中某一瞬间呈现出来
的宏观物理状况，简称状态。
状态参数： 描述工质所处状态的宏观物理量。如温度、