经典热力学基础
第一章经典热力学基础
请注意
1. Q和W都不是状态函数，其数值与变 化途径有关；
2. Q和W不具有全微分性质，其微小
改变量用 表示，如 Q 、W
3.体积功的表示为：We PedV
We
V2 V1
pedV
3、热力学能（内能）
• 是指系统内部能量的总和，包括分子运 动的平动能、分子内的转动能、振动能、 电子能、核能以及各种粒子之间的相互 作用位能等。
基本内容
• 第一节 热力学基本概念 • 第二节 热力学第一定律 • 第三节 可逆过程与最大功 • 第四节 焓与热容 • 第五节 热力学第一定律对理想
气体的应用
• 第六节 热化学 • 第七节 热力学第二定律 • 第八节 卡诺循环和卡诺定理 • 第九节 过程的热温商与熵函数
• 第十节 熵变的计算 • 第十一节 熵的统计意义和热力
15
第四节 焓与热容
一、等容热和等压热
1. 等容热 在不作非膨胀功(即Wf = 0)，且体积不 变时，系统与环境交换的热，用QV表 示， QV就称为等容热。
因 dV= 0, δW= -PdV = 0, 所以有： ΔU= QV+W= QV
即：不作非膨胀功的等容情况下： ΔU= QV 或 dU = δQv
例题
求等压时，1mol 甲烷从298K升温到 898K时所吸收的热量。已知CH4(g)的等 压摩尔热容与温度的关系为：
Cp,m 14.318 74.633103T 17.426106T 2
解：
H
QP
T2 T1
nCP,mdT
QP
T2 (a bT cT 2 )dT
相互作用或影响所能及的部分称为 环境。
热力学基础知识点
热力学基础知识点热力学是物理学中涉及能量转化和传递的分支学科，用于研究物质的宏观关系。
本文将介绍热力学的基本概念和相关知识点。
1. 系统和环境热力学中将要研究的物体或物质称为系统，而系统周围的一切都被称为环境。
系统和环境是通过能量和物质的交换相互联系在一起的。
2. 状态函数状态函数是描述系统状态的物理量，与路径无关。
其中，最常见的状态函数是内能（U）、体积（V）、压力（P）和温度（T）。
内能表示系统的总能量，体积表示系统占据的空间大小，压力表示系统内部的分子运动产生的压强，温度表示系统内部分子的平均动能。
3. 热力学第一定律热力学第一定律也称为能量守恒定律，它表明能量既不能被创造也不能被销毁，只能在不同形式之间转化或传递。
根据热力学第一定律，系统的能量变化等于从环境传递给系统的热量（Q）减去系统对环境做功（W）所得。
4. 热容热容是指单位质量物质在温度变化时吸收或释放的热量。
具体地说，热容可以分为定压热容（Cp）和定容热容（Cv）。
定压热容表示在恒定压力下物质的热容，而定容热容表示在不允许体积发生变化的情况下物质的热容。
5. 热力学第二定律热力学第二定律阐述了物理系统自发过程的方向性，即系统在孤立状态下会趋向自发变化，使得熵增加。
熵是衡量系统无序程度的物理量，热力学第二定律指明了熵在孤立系统中不会减少的方向。
6. 热力学循环热力学循环是一个系统完成一次完整的运动后，回到初始状态的过程。
常见的热力学循环包括卡诺循环、斯特林循环和朗肯循环等。
这些循环通过能量的转化和传递实现了各种实用机械和热力学系统的工作。
7. 相变相变是物质在一定条件下从一种相态转化为另一种相态的过程。
常见的相变包括固态到液态的熔化、液态到气态的汽化、液态到固态的凝固等。
相变与热力学中的热量交换密切相关。
8. 热力学平衡热力学平衡是指系统各部分之间没有任何不均匀性或者不稳定性，系统处于平衡状态下。
根据热力学平衡原理，系统通过热传递、物质传递或机械传递达到平衡状态。
热力学基础超经典ppt课件
M Qp MmoC l p(T2.T1)
三、热力学第一定律对等体、等压和等温过程
的应用
V2
依据：Q＝E＋ PdV
V1
1、 等体过程：
以及
PV M RT Mm o l
（1）特征： （2）计算：
dV=0 ∴ dA=0
QVEM M mol2i RT
系统从外界吸收的热量全部用来增加气体内能。
.
M QV MmoC l V(T2T1)
.
dQ pdE PdV
C Pd dP Q T d E dPTdC V VR
CPCVR
迈耶公式
说明：
在等压过程中，1mol理想气体，温度升
高1K时，要比其在等体过程中多吸收8.31
Ｊ的热量，用于对外作功。
.
CP(2i 1)Ri22R
1.33 多原子
摩尔热容比：
CP CV
i 2 i
1.40 1.67
开尔文
卡诺 .
克劳修斯
R 电源
本章对热力学系统，从能量观点出发， 分析、说明热力学系统热、功转换的关 系和条件。
.
内容
一、热力学第一定律
二、气体摩尔热容
三、绝热过程
四、循环过程 卡诺循环
五、热力学第二定律
六、热力学第二定律统计意义
七、卡诺定理 克劳修斯熵
八、小结
.
一、热力学第一定律
安徽工业大学应用物理系 .
dV0, 系统对外作正功；
dV0, 系统对外作负功； dV0, 系统不作功。
.
A V2 PdV V1
P A
功的大小等于
P～V 图上过程曲
PdV
线P=P(V)下的面 积。
热力学基础知识
热力学基础知识热力学是一门研究能量转化与传递的学科，是自然科学的基础。
热力学的概念源于研究热与功之间的相互转化关系，以及能量在物质之间的传递过程。
本文将通过介绍热力学的基本概念、热力学定律和热力学过程，帮助读者了解热力学的基础知识。
1. 热力学的基本概念热力学研究的对象是宏观体系，即指由大量微观粒子组成的物质系统。
热力学通过对体系的宏观性质进行观察和测量，来揭示物质和能量之间的关系。
热力学的基本概念包括系统、热、功、状态函数等。
系统是热力学研究的对象，可以是孤立系统、封闭系统或开放系统。
孤立系统与外界不进行物质和能量交换，封闭系统与外界可以进行能量交换但不进行物质交换，开放系统则可以进行物质和能量的交换。
热是能量的一种传递方式，是由高温物体向低温物体传递的能量。
热的传递方式有导热、对流和辐射。
功是对系统做的物质微观粒子在宏观层面的效果，是由于力的作用而引起物体位移的过程中所做的功。
例如，当一个物体被推动时，根据物体受力和运动方向的关系，可以计算出所做的功。
状态函数是由系统的状态决定的宏观性质，不依赖于热力学过程的路径，只与初态和终态有关。
常见的状态函数有温度、压力、体积等。
2. 热力学定律热力学定律是热力学基础知识的核心内容，揭示了宏观物质之间相互作用的规律。
第一定律：能量守恒定律，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律表达了能量的守恒关系，即系统的内能变化等于吸收的热量与做的功的差。
第二定律：热力学第二定律描述了自然界的能量传递过程中不可逆的方向。
它说明热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会反向传递。
热力学第二定律还提出了热力学箭头的概念，即自然界中某些过程的方向是不可逆的。
第三定律：热力学第三定律说明在绝对零度（0K）下，熵（系统的无序程度）将趋于最低值。
此定律进一步阐述了热力学中的温标和熵的概念。
3. 热力学过程热力学过程描述了系统由一个状态转变为另一个状态的过程。
经典热力学
经典热力学经典热力学是物理学中的一个重要分支，研究的是物质的热现象及其相互关系。
下面将从热力学的基本概念、三大定律、热容、热传导、热辐射等方面对经典热力学进行介绍。
一、热力学的基本概念热力学是研究物质能量转化和传递的学科，它关注的是物质的宏观性质。
热力学的基本概念包括系统、环境、过程、状态等。
系统是指研究的对象，可以是封闭系统、开放系统或者孤立系统；环境是指系统外部的一切物体和场；过程是指系统从一个状态变为另一个状态的路径；状态是指系统的一组宏观性质的取值。
二、热力学的三大定律热力学的三大定律分别是零th定律、第一定律和第二定律。
零th 定律指出如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么两个系统之间也处于热平衡；第一定律是能量守恒定律，它表明能量可以从一个形式转化为另一个形式，但总能量守恒；第二定律是热力学不可逆性原理，它指出自然界中存在一些过程是不可逆的，熵增不会减少。
三、热容热容是指物体在吸收或释放热量时温度的变化程度，可以分为定压热容和定容热容。
定压热容是指在压力不变的条件下，物体温度上升1摄氏度所吸收的热量；定容热容是指在体积不变的条件下，物体温度上升1摄氏度所吸收的热量。
热容与物体的质量、组成、结构等因素有关。
四、热传导热传导是指物质内部由高温区向低温区传递热量的过程。
它遵循热传导定律，即热流密度与温度梯度成正比。
热传导可以通过导热系数来描述，导热系数越大，物体的导热性能越好。
五、热辐射热辐射是指物体由于温度而产生的电磁辐射，包括热导辐射、热对流辐射和热辐射三种形式。
热导辐射是指物体的热量通过物质的导热传递；热对流辐射是指物体的热量通过气体或液体的对流传递；热辐射是指物体的热量通过电磁辐射传递。
热辐射与物体的温度、表面性质等因素有关。
六、热力学循环热力学循环是指系统经历一系列变化后回到初始状态的过程。
常见的热力学循环有卡诺循环、斯特林循环、布雷顿循环等。
热力学循环可以用来描述热机的工作原理，是热力学中重要的概念。
第一章热力学基础知识
h u Pv
式中，u——物质的内能，J/ kg P——压力，Pa v ——比容，m3/ kg 关于焓的绝对值是无法测量和计算出来的。通常都选择某一个状态作为焓 的起点，其他状态点的焓值均是与该点焓的差值。在制冷工程中，一般取0℃ 时饱和液体的比焓为200.00 kJ/ kg。关于比焓的绝对值是无法求出的，实用中 也没有必要求出，因为只要知道同一种物质由一种状态变化到另一种状态时 ，比焓的变化量就可以了。
1.1.2.2表压力
表压力也称相对压力，通常用P（或Pb）表示，其单位常采用MPa或Kpa。 绝对压力与表压力有以下关系：绝对压力 = 表压力 +当地大气压（约0.1MPa）
1.1.2.3真空度
真空度也称负压力，以Pz表示，其单位常采用Pa或Kpa。 真空度与表压力有以下关系：真空度=当地大气压（约0.1MPa）―表压。
温度
1.1.1.1热力学温标 : 热力学温标也称绝对温标， 通常用T表示，其单位用符号K（读做“开尔文”） 表示。 1.1.1.2摄氏温标 : 国际单位制（SI）规定摄氏温标 为实用温标，摄氏温度用t表示，其单位是℃。摄氏 温标规定，在1标准大气压下，纯冰的融点是0℃， 纯水的沸点为100℃，两者之间等分为100格，每一 格就是1℃。摄氏温标的每1℃与热力学温标的每1K 相同。 摄氏温度T(K)与热力学温度之间的关系是：
1.2热力学的定律
▍ 1.2. 1热力学第零定律表述为 ：如果两个物体分 别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也一 定处于热平衡。 在温度的测量中，温度计即为第零定律中的第三个物 体。
▍ 1.2.2热力学第一定律可以表述为 ： 在任何发生能量转换的热力过程中，转换前后能量的总量维持恒 定。 热力学第一定律也可以表述为：“永动机”是不可能创造成功的。
热力学基础知识热力学第一定律和第二定律
热力学基础知识热力学第一定律和第二定律热力学基础知识：热力学第一定律和第二定律热力学是物理学的一个重要分支，研究的是能量转化和能量传递规律。
在热力学中，有两个基本定律，即热力学第一定律和热力学第二定律。
这两个定律是热力学研究的基础，对我们理解自然界中的能量转化过程具有重要意义。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是指在一个封闭系统内，能量既不能创造也不能毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
它可以用一个简单的公式来表示：△U = Q - W其中，△U表示系统内部能量的变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
根据热力学第一定律，能量的转化是相互平衡的。
系统吸收的热量等于所做的功加上内部能量的变化，这一平衡关系保证了能量守恒的原理。
它告诉我们，能量不会凭空消失，也不会突然出现，而是在转化过程中得以保存。
二、热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的另一个重要定律，它研究的是能量转化的方向和过程中的不可逆性。
热力学第二定律有多种表述方式，其中最常见的是开尔文表述和克劳修斯表述。
1. 开尔文表述开尔文表述是基于热量不会自发地从低温物体转移到高温物体的原理，它给出了一个重要的结论：热量是自然界中不能自发转化为功的能量形式。
这一定律被称为热力学第二定律的开尔文表述。
2. 克劳修斯表述克劳修斯表述是基于热力学中的循环过程和热量无法从一个唯一的热源完全转化为功的原理。
克劳修斯表述给出了一个重要结论：不可能制造出一个热机，使之完全将吸收的热量转化为功，而不产生任何其他效果。
这一定律被称为热力学第二定律的克劳修斯表述。
热力学第二定律告诉我们，能量转化过程中总会产生一定的损失，而且损失不可逆。
这很好地解释了自然界中许多现象，如热量的自发流动、热机效率的限制等。
总结：热力学是研究能量转化和能量传递规律的科学，其中热力学第一定律和第二定律是基本定律。
热力学第一定律表明能量在系统中的转化是相互平衡的，能量守恒不变。
热力学基础热力学基础热力学基础热力学基础
U = U (T , p, n)
若是 n 有定值的封闭系统，则对于微小变化
dU
如果是
∂U ∂U = dT + dp ∂T p ∂p T
U = U (T ,V )
dU
∂U ∂U = dT + dV ∂T V ∂V T
Q=0
系统没有对外
∆U = 0
从Gay-Lussac-Joule 实验得到： 理想气体在自由膨胀中温度不变，热力学能不变 理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数 设理想气体的热力学能是 T , V 的函数
∂U ∂U dU = dT + dV ∂T V ∂V T
第四章
热力学第一定律
能量守恒定律 到1850年，科学界公认能量守恒定律是自 然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可 表述为： 自然界的一切物质都具有能量，能量有各 种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形 式，但在转化过程中，能量的总值不变。
热力学能 系统总能量通常有三部分组成： （1）系统整体运动的动能 （2）系统在外力场中的位能 （3）热力学能，也称为内能 热力学中一般只考虑静止的系统，无整体运 动，不考虑外力场的作用，所以只注意热力学能 热力学能是指系统内部能量的总和，包括分子 运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、 核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。
U
(T )
Gay-Lussac-Joule 实验 Gay-Lussac在1807年，Joule在1843年分别 做了如下实验： 将两个容量相等的 容器，放在水浴中，左 球充满气体，右球为真 空（上图） 打开活塞，气体由 左球冲入右球，达平衡 （下图）
Gay-Lussac-Joule 实验 Gay-Lussac在1807年，Joule在1843年分别 做了如下实验： 气体和水浴温度均未变
热力学基本知识
c12
)
m g( z2
z1) U
W Ws p2V2 p1V1 Ws ( pV )
Q W
1 2
m( c22
c12
)
m g( z2
z1)
U
1
Q U ( pV ) mc 2 mgz W
2
s
1
Q H mc2 mgz W
2
s
1
q h c 2 gz w
2
s
上式就是稳定流动能量方程
H—焓，h—质量焓或比焓 h u pv
焓也是状态参数，单位与热力学能一样
第三节 热力学第二定律
一、熵、自然过程的方向性 热力学第一定律表明：能量之间可以相互转换，以
及转换过程中的数量关系，而没有指明此种能量与他 种能量相互转化的差异。
状态参数熵给出了自然过程方向性的定量描述。
dS dQ T
熵就是在可逆的条件下，传入系统的微元热量dQ与 热源温度T的比值。理论证明了熵确实是一个状态参 数，单位质量熵〔符号s)的单位是kJ／(kg·K)。
q
h
1 2
c 2
gz
ws
h 0 h1 h2
➢注意：节流过程不是等焓过程
节流后，压力和温度下降，熵增大，做功能力 降低。（导致能量损失）
第三节 蒸汽动力装置及循环 蒸汽动力装置是以蒸汽作为工质的热动力装置。 火电厂热力循环（以过热蒸汽为工质） 锅炉、汽轮机、冷凝器、水泵是循环的主要设备。
热源
3-4：水在给水泵中的可逆 绝热压缩过程;
4-5-6-1：水与水蒸气在锅炉 中的可逆定压加热过程；
1-2 ： 水 蒸 气 在 汽 轮 机 中 的 可逆绝热膨胀过程； 2-3 ： 乏 汽 在 冷 凝 器 中 的 定 压放热过程。
热力学基础总结(物化)
第二章热力学基础小结这一章主要讲了热力学第一定律和热力学第二定律。
一、热力学第一定律U=Q+W ∆ （封闭系统，任何过程） dU=Q W δ+δ （封闭系统微变过程）二、热力学第二定律1、 热力学第二定律的数学表达式，Clausius 不等式：QdS T δ≥B A Q S Tδ∆≥⎰ > 为不可逆＝为可逆2、熵的定义式rQ dS Tδ=BAS Br B A S AdQ dS S S S T=-=∆=⎰⎰三、状态函数及其关系式1、状态函数关系式：（定义式） H = U + pV|| ||G = A + pV+ + TS TS2、 热力学的四个基本方程:（适用条件：恒定组成，只作体积功的封闭系统） dU TdS pdV =- dH TdS Vdp =+dA SdT pdV =-- dG SdT Vdp =-+3、对应系数关系式： V p U ()()T S S ∂∂H ==∂∂ S T U A()()p V V ∂∂==-∂∂ S T H G()()V p p∂∂==∂∂ V p A G ()()S T T ∂∂==-∂∂4、Maxwell 关系式：S V T p )()V S ∂∂=-∂∂； S p T V )()P S ∂∂=∂∂； T V S p )()V T ∂∂=∂∂； T p S V)()P T∂∂=-∂∂； 四、各种判据的比较：五、各种热力学函数的计算公式： 1、体积功的计算 （1）、定义式：21V BB e V W W p dV δ==-∑⎰（2）、反抗恒定外压过程：21V e e 21V W p dV p (V V )=-=--⎰（3）、可逆过程：21V III V W = pdV -⎰（4）、理想气体恒温过程：1221V pW= nRTlnnRTln V p = （5）、有气体参加的相变过程：体系在恒温恒压下由凝聚相α转变为气相(g)β.W p(V V )pV nRT βαβ=--=-=-（6）、绝热过程： 0a Q = ,21,()a V m V m W U nC T T nC T =∆=-=∆2、热效应的计算（1）、恒容热： V Q U=∆（封闭系统，恒定W ′= 0）2211T T V V V.m T T Q U C dT n C dT =∆==⎰⎰（2）、恒压热：21p Q H H H =-=∆ （封闭系统，恒压，'0W =）2211T T p p p.m T T Q H C dT n C dT =∆==⎰⎰（3）、理想气体恒温可逆过程：12TT 21V pQ W nRTlnnRTln V p =-== （4）、绝热过程：0a Q =3、热力学能的计算（1）、封闭系统，任何过程： U=Q+W ∆ （2）、理想气体恒温过程：U ∆=0 （3）、均相物质变温过程：2211T T V V.m T T U C dT n C dT ∆==⎰⎰（4）、绝热过程：U W∆=4、焓变的计算 （1）、封闭系统：()()2211HU pV U p V pV ∆=∆+∆=∆+-（2）、理想气体恒温过程：H ∆＝0 （3）、均相物质变温过程：2211T T p p.m T T H C dT n C dT ∆==⎰⎰（4）、恒压过程：()HU p V ∆=∆+∆（5）、可逆相变过程：p m HQ n H βα∆==∆（6）、不可逆相变过程设计过程完成。
热力学基础知识点
热力学基础知识点热力学基础学问点是什么？有哪些公式和参数？请看建造网编辑的文章。
1、热力学特性– 焓焓是热力学系统的一个特性，其计算公式为：系统内部能量加上系统内气体压力与容积的乘积。
物理意义：单位质量所增强或移走的热量就是物质的焓的变化量。
它的符号为“∆h”。
即h = E + pVh = 焓E = 内部能量p = 压力V = 容积焓的单位千焦/千克- kJ/kg英国热量单位/磅- BTU/lb2、热力学特性– 熵在不做功的状况下向物质转移能量，就能增加物质的混乱程度。
这叫做物质的熵。
混乱程度越高，熵就越大。
在不施加功的状况下，这种混乱状态是不行逆的（即无法回到本来的次序）。
例如：1、在不做功的状况下转移能量，能使冰溶化成水，但在不施加功的状况下，无法让水重新变成冰。
2、一盒新的扑克牌，全部牌都是依次罗列。
通过洗牌，可以打乱牌的挨次。
现在取一盒挨次混乱的扑克牌，然后洗牌。
扑克牌无法回到本来的挨次。
3、拿一罐空气清爽剂，按下按钮。
空气清爽剂从罐中喷出，飘散到房间周围。
现在想象一下，将空气清爽剂收集起来，重新放回罐子里。
做不到，对不对？∆S = Q/TQ = 吸收的热量T = 温度熵的单位千焦/千克•开氏度- kJ/kg.K英国热量单位/磅。
兰氏温标。
- BTU/lb.R2纯物质的特性纯物质的特性可以绘制成图表。
1、压力– 温度图（P - T 图）2、温度– 熵图（T - S 图）3、温度– 焓图（T - h 图）4、压力– 焓图（P - h 图）留意：压力– 焓图常常用于制冷和空调系统。
现在举例如下：1、温度– 焓图（T-h 图）水的温度– 焓图水的温度– 焓图（不同压力）2、压力– 温度图（CO2 相态图）CO2 的压力– 温度图3、压力– 焓图（P-h 图）4、压力– 焓图（P-h 图）1、压力-焓图是纯物质的特性图。
2、图中包含物质的一些更为重要的特性，例如温度、压力、比容、密度、比热、焓或熵。
热力学基础知识
热力学基础知识热力学是物理学的一个分支，研究热现象和热能转化的规律。
在我们生活中，也可以看到许多与热力学有关的现象，比如汽车引擎的工作、空调的制冷、发热体的加热等等。
在接下来的文章中，我们将深入了解一些热力学的基本概念和原理。
一、热力学的基本概念1. 温度和热量温度是描述物体热度的物理量，单位是摄氏度（℃）、开尔文（K）、华氏度（℉）等。
热量是指热能的转移量，单位是焦耳（J）、卡路里（cal）等。
两者的联系可以用下面的公式表示：Q=m×c×ΔT其中，Q表示热量，m表示物体质量，c表示物体的热容量，ΔT表示物体温度变化量。
此外，还有一个重要的物理量叫做热力学摩尔容量，指的是单位量物质在温度变化1K时所吸收的热量，单位是焦/摩尔-开尔文（J/mol-K）。
2. 热力学第一定律热力学第一定律也叫做能量守恒定律，指的是能量不能被创造或毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式，并且总能量守恒。
从热观点来看，热量也是一种能量，因此热能也具有守恒性质。
3. 热力学第二定律热力学第二定律是一个非常重要的定律，它规定了热能转化的方向性，即热量只能从高温物体流向低温物体，不可能反向。
这个定律也成为热力学的增熵定律，指的是一个孤立系统的熵（混乱度）只可能增加，而不可能减小。
二、热力学的应用1. 热力学循环热力学循环是指通过对气体或液体的加热或冷却来产生机械功或者热量，再将剩余的热量排放到外界，从而实现能量转化的过程。
熟悉汽车工作原理的人应该都知道，汽车引擎就是一种热力学循环系统，通过燃烧汽油来加热气体，从而产生机械功驱动车轮，同时排放废气。
2. 热力学平衡当物体的温度相同时，此时物体达到了热力学平衡，它们之间的热量不再交换。
但是，这并不意味着温度相同的两个物体一定热力学平衡。
比如，在室内放着一瓶冰水和一只热汤的碗，虽然它们的温度都是20℃，但是它们内部的热量分布不同，因此不能说它们处于热力学平衡状态。
热力学基础
汽液平衡，饱和压力、饱和温度
2、定压加热汽化过程
五种状态；
干度；
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
● 饱和状态 (Saturated state) 当汽化速度 = 液化速度时，宏观上气、液两相保持 一定的相对数量，系统处于动态平衡—饱和状态。
◇ 饱和温度，ts (Ts) —饱和状态的温度
◇ 饱和压力，ps— 饱和状态的压力
t=ts
t>ts
干度（dryness）
定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用x表示。
干度x＝
湿蒸汽中含干蒸汽的质量 湿蒸汽的总质量
x m汽 m汽 m液
饱和水
x＝0
湿饱和蒸汽 0<x<1
干饱和蒸汽 x＝1
● 湿度 y=1–x 表示湿蒸汽中饱和水的含量。
第五节 水蒸气
• 预热阶段：未饱和水区
• 气化阶段：饱和水区（湿蒸汽区）
• 准平衡过程 特点：自动恢复；实线示图；
• 可逆过程 特点：准平衡过程+ 无能量耗散； 实际过程均为不可逆过程；
★ 可逆过程熵的变化： 系统吸热 q 0, ds 0 熵增； 系统放热 q 0, ds 0 熵减； 绝热过程 q 0, ds 0 熵不变。
(可逆绝热过程）
可逆绝热过程又称等熵过程。
（表明与实际气体的区别）
（2) 状态方程式：
pv= RgT 2、理想气体的比热
定义：单位物量的工质，温度升高或降低一度所吸收 的热量。
c = (δq/dT)
注意：三种不同单位。
第三节 理想气体
3、定容比热、定压比热：
cv= (∂u/∂T)v = du/dT (理想气体)
第一章热力学基础
T1 T2
当C p,m为常数时， Qp n C
p ,m
(T2 T1 )
等压热的特性: 等压且非体积功为零：
W p环 dV p环 (V2 V1 )
V1 V2
p环 (V 1 - V2 ) p1V1 - p2V2
单组分系统 系统 多组分系统
系统
均相系统 多相系统
2、广度性质和强度性质
热力学性质（系统的宏观性质）就是描述系统 状态的宏观物理量（如p、T、V)。 广度性质的数值与系统所含物质的量有关， 广度性质具有加合性。如：m,C,v 强度性质的数值与系统所含物质的量无关， 强度性质不具有加合性。如T,P 注意：当系统的某种广度性质除以总摩尔数 或总质量或总体积之后，就成为强度性质。
对于一个处于热力学平衡态的系统，其状 态函数只有部分是独立变化的。 例：p V=n R
T
对于一定量的组成不变的均相封闭系统，只 需两个独立的状态函数的值就可确定其状态。
§1—2 热力学第一定律
1、热和功 （1）热 定义：由于温度之差而在系统与环境之间传 递的能量称为热量，或简称热（heat）。 符号： 用“Q”表示； Q＞0：系统从环境吸收热量， Q＜0：系统向环境放出热量。 单位：焦耳(J)。
•
2 、密闭的隔热容器内装满 水，里面有电阻丝与外电路 中的蓄电池相连，当开关闭 合以后，分别以下列物体为 系统，判别△U、Q及W是大 于0，小于0，还是等于0。
系统 Q 水 水+电阻丝 电阻丝 水+电阻丝+电池 + 0 + 0 + + + 0 0 0
W
△U
+
热力学基础
开尔文
卡诺
克劳修斯
§9-1 内能
功和热量
准静态过程
一、内能、功和热量
1、理想气体内能是温度的单值函数，实际气体是温度和体积的单值函数， 都只与状态有关，是状态的单值函数，所以内能是一个状态量。
M i 理想气体内能： E RT M mol 2
反之，状态不是内能的单值 函数，一个内能可对应多个 状态。
做功：
Ap pdV p(V2 V1 )
V1
V2
M RT 由物态方程： pV M mol
有： A p(V V ) M p 2 1 吸热：
M mol
R(T2 T1 )
M M Q E p(V2 V1 ) E 2 E1 R(T2 T1 ) (CV R)T M mol M mol
第7章
§7-1 §7-2 §7-3 §7-4 §7-5 §7-6 §7-7 §7-8
热力学基础
内能 功和热量 准静态过程 热力学第一定律 气体的摩尔热容量 绝热过程 循环过程 卡诺循环 热力学第二定律 热二定律的统计意义 玻尔兹曼熵 卡诺定理 克劳修斯熵
热力学基础它主要讨论的是热现象的宏观规律。 在热力学中，并不考虑物质的微观结构和过程，而是以观察 和实验事实作依据，从能量观点出发，分析研究热力学系统 状态变化中的各种宏观规律。 热力学的基础是热力学第一定律和热力学第二定律。
i CV R 2
理论值和实验值的比较 4.5 3.5 2.5 50 270
i i2 C p CV R R R R 2 2
CP/R
氢气
低温时，只有平动，i=3； 常温时，转动被激发，i=3+2=5； 高温时，振动也被激发，i=3+2+2=7。
经典热力学基础
1650年，意大利费迪男二世(G.D.Ferdinand Ⅱ)用蜡封住管 口，在瓶内装上红色的酒精，并在玻璃瓶细长颈上刻上刻度， 制成现代形式的第一支温度计。
1845年写了《与有机运动相联系的新陈代谢》。但这篇文章 也被拒绝发表，迈尔只好以小册子的形式自费发行。文中写 道：“力的转化与守恒定律是支配宇宙的普遍规律。” 并 具体考察了5种不同形式的力： 第一种，运动的力：实际为动能，他以弹性碰撞为例，指出 在弹性碰撞过程中“活力守恒”。 第二种力：下落力，即重力势能。迈尔指出，“下落力的大 小以重量和这个高度的乘积来量度”。 第三种力：热。“热力是能够转化为运动的力”。蒸汽机车 就是例证。并具体计算了热功当量：气体在定压膨胀时，温 度每改变1℃，体积体积约增大1/274，所以在这个过程中气 体对外做的功相当于反抗千克的力移动1/274厘米时的功。 即Δ××10-5kgm。 第四种力：磁和电；第五种力：化学力。并列举了这些“力” 之间相互转化的25种形式。
诺
灭，实际上，它只改变了它的形
像
式。”
但卡诺患了猩红热，脑膜炎
，不幸又患了流行性霍乱，于
1832年去世，享年36岁。卡诺的
这一思想，在1878年才由其弟弟
整理发表，但热力学第一定律已
建立27年。
热力学第一定律的 建立
总之，到了19世纪40年代前后，欧洲科学 界已经普遍蕴含着一种思想气氛，以一种联系 的观点去观察自然现象。正是在这种情况下， 以西欧为中心，从事七八种专业的十多位科学 家，分别通过不同途径，各自独立的发现了能 量守恒原理。
热力学基础
例2：系统（初始温度 T1）从外界吸热，最终系统温度达到T2。
系统T1
T为小量 从 T1 到 T2 是准静态过程
T1+△T
T1+2△T T1+3△T
பைடு நூலகம்
准静态过程是理想化的模 T2 型.是进行的无限缓慢过程
的模型
7
2. 功 热量 内能
(1) 内能
系统内所有分子的动能，分子间的势能的总和称内能。
对于一定质量的某种气体:内能一般为：E = E(T,V 或P )
1. 等体过程 气体的摩尔定体热容--P229
1.1等体过程 (系统体积在状态变化过程中始终保持不变)
dV 0
Ｐ
A 0 or dA 0
P2
２
dQV dE
QV E2 E1 E
P1
１
0
V0
V
等体过程中，系统对外不作功，吸收的热量全 用于增加内能。
18
1.2 等体摩尔热容（摩尔定容热容）
摩尔热容量：一摩尔物质(温度T 时)温度改 变1K 时吸收或放出的热量,即
V2
V2
A PdV d A 右边积分还与经历什么过程有关。
V1
V1
功是过程量, d A 只表示微量功，不是数学上的全微分；
例: 摩尔理想气体从状态1状态2，设经历等温过程。
求气体对外所作的功。
V2
V2
解 A P dV RT /V dV
V1
V1
RT lnV2 /V1
P－V图上过程曲线下的面积
因为皇家学会拒绝发表他的论文。所以，焦耳最早的 论文不得不发表在报纸上。经过时间和历史的考验，焦 耳-楞次定律早已赢得了科学家们的认可。
焦耳是一位没有受过专业训练的自学成才的科学家。 虽多次受到冷嘲热讽，但还是不屈不饶地进行科学实验 研究。对能量的守恒与转化定律的建立作出了不可磨灭 的贡献。
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热
力
学
第
一
定
律
的
建
立
1847年，发表著名论文《力的守 恒》，阐述了有心力作用下机械能守恒 原理：“当自由质点在吸力和斥力作用 下而运动的一切场合，所具有的活力和 张力总是守恒的。”这里活力是动能， 张力是势能。但同样由于论文中含有思 辩性内容而未能发表，因此亥姆霍兹也 以小册子的形式在柏林单独出版了这篇 论文。 但亥姆霍兹并没有参与优先权的 问题，后来他了解了迈尔的论文后说 “我们必须承认，迈尔不依赖于别人而 独立发现了这个思想。”
§1.热学现象的初期研究
一 蒸汽机的发明
1690年巴本(法国)首先制成带有活塞和汽缸的实验性蒸汽机； 1698年，托马斯•萨维里（英国)制成一具蒸汽水泵； 1705年，托马斯•纽可门（英国)在萨维里和巴本的基础上，研 制了一个带有活塞的封闭的圆筒汽缸。是一个广义的把热转 变为机械力的原动机，是蒸汽机最早的雏形。但活塞的每次 下降都必须将整个汽缸和活塞同时冷却，热量的损失太大。 1769年，詹姆斯•瓦特（法国）改进了纽可门机，把冷凝过程 从汽缸内分离出来，即在汽缸外单独加一个冷凝器而使汽缸 始终保持在高温状态。 1782年，又制造出了使高压蒸汽轮流的从两端进入汽缸，推动 活塞往返运动的蒸汽机，使机器运作由断续变连续，从而蒸 汽机的使用价值大大提高，导致了欧洲的第一次工业革命。
第四章 经典热力学基础
§1.热学现象的初期研究 §2 .热力学第一定律的建立 §3 .热力学第二定律的建立 §4 .低温物理学（略） §5.分子运动论的发展（略） §6.统计物理学的建立（略） §7.物态
§1.热学现象的初期研究
一 二 三 四 蒸汽机的发明 计温学的发展 量热学的建立（略） 热本质的认识
（二）测温物质的选择和标准点的确定
德国的格里凯（Guericke)曾提出以马德堡地区的初冬和 盛夏的温度为定点温度； 佛罗伦萨的院士们选择了雪或冰的温度为一个定点，牛 或鹿的体温为另一个定点；
1665年，惠更斯建议把水的凝固温度和沸腾温度作为两 个固定点；
1703年，牛顿把雪的熔点定为自己制作的亚麻子油温度 计的零度，把人体温度作为12度等等。
像亥 姆 霍 兹
热
力
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
学
第
一
定
律
的
建
立
3.焦耳(James Prescott Joule,1818-1889)的实验研究
焦耳(1818-1889)是英国著名的实验物理学家，家境富裕。 16岁在名家道尔顿处学习，使他对科学浓厚兴趣。 当时电机刚出现，焦耳注意到电机和电路中的发热现象， 通过实验，焦耳于1840年发现:“产生的热量与导体电阻和电流 平方成正比”并发表于《论伏打电所产生的热》论文中，这就 是著名的焦耳——楞次定律。 1843年进行了感应电流产生的热效应和电解时热效应的实 验，，写了两篇关键性论文《论磁电的热效应和热的机械值》 和《论水电解时产生的热》，明确指出：“自然界的能是不能 消灭的，哪里消耗了机械能，总能得到相应的热，热只是能的 一种形式。” 焦耳使一个线圈在电磁体的两极之间转动产生感应电流， 线圈放在量热器内，证实了热可以由磁电机产生。从这个实验 焦耳立即领悟到热和机械功可以互相转化，在转化过程中遵从 一定的当量关系。
§1.热学现象的初期研究
二 计温学的发展
（一）温度计的设计与制造
1603年，伽利略制成最早的验温计：一只颈部极细的玻璃长颈 瓶，倒置于盛水容器中，瓶中装有一半带颜色的水。随温 度变化，瓶中空气膨胀或收缩。
1631年，法国化学家詹•雷伊(Jean Rey,1582-1630)把伽利略 的细长颈瓶倒了过来，直接用水的体积的变化来表示冷热程 度，但管口未密封，水不断蒸发，误差也较大。
§1.热学现象的初期研究
华伦海特(Gabriel Danile Fahrenheit，1686-1736， 德国玻璃工人，迁居荷兰)制造了第一支实用温度计：他把 冰、水、氨水和盐的混合物平衡温度定为00F，冰的熔点定 为320F，人体的温度为960F，1724年，他又把水的沸点定为 2120F。后来称其为华氏温标。 列奥米尔(Reaumur,1683-1757,法国)以酒精和1/5的水的 混合物作为测温物质，1730年制作的酒精温度计，取水的冰 点为00R，使酒精体积增加1/1000的温度变化作为10R，这样 水的沸点即为800R，称为列氏温标。 摄尔修斯(Anders Celsius,1701-1744,瑞典天文学家)， 用水银作为测温物质，以水的沸点为00C冰的熔点为1000C，中 间100个等分。8年后接受了同事施特默尔（M.Stromer）的建 议，把两个定点值对调过来。称为摄氏温标。至1779年全世 界共有温标19种。
伦 福 德 像
热
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§2 .热力学第一定律的建立
一.定律诞生的背景（略） 二.确立能量守恒与转化定律的 三位科学家：德国的迈尔和亥姆霍
兹，英国的焦耳
热
力
学
第
一
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律
的
建
立
二.确立能量转化与守恒定律的三位科学家
1.德国的迈尔
罗伯特•迈尔（Robert Mayer,1814-1878)迈尔，1814出生 于德国海尔布隆一个药剂师家庭， 1832年进入蒂宾根大学医学系学习， 1837年因参加一个秘密学生团体而 被捕并被学校开除，1838年完成医 学博士学位论文答辩，获医师执照 而开始行医。1840年-1841年担任开 往东印度的荷兰轮船的随船医生。
各种温度计
§1.热学现象的初期研究
热力学温标：
19世纪50年代，开尔文注意到：既然卡诺热机与工作物 质无关，那么我们就可以确定一种温标，使它不依赖于任何物 质，这种温标比根据气体定律建立的温标更具有优越性。
据此，1854年，开尔文(威 廉.汤姆逊)提出开氏温标， T=272.3 + t。又称热力学温标， 它与测温物质的性质无关，即任 何测温物质按这种温标定出的温 度数值都是一样的。 1954年国际计量大会决定 将水的三相点的热力学温度定为 273.16K。
§1.热学现象的初期研究
3.“热质说”的否定
1798年伦福德(Count Rumford,英国) 由钻头加工炮筒时产生热的现象，得出 热是物质的一种运动形式，
1799年，戴维（Humphrey Davy， 1778-1829，英国化学家）作了在真空容器 中两块冰摩擦而融化的实验。按热质说观 点，热量来自摩擦挤出的潜热而使系统的 比热变小，但实际上水的比热比冰的还要 大。 伦福德和戴维的实验给热质说以 致命打击，为热的唯动说提出了重要 的实验证据。
热
力
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第
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律
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建
立
为了测定机械功和热之间的转换关系 ，焦耳设计了 “热功当量实验仪”，焦耳在磁电机线圈的转轴上绕两条线， 跨过两个定滑轮后挂上几磅重的砝码，由砝码的重量和下落 的距离计算出所做的功。测得热功当量为428.9千克力米/千 卡。1844年又做了把水压入毛细管的实验和压缩空气实验， 测出了热功当量分别为 424.9 千克力米 / 千卡和 443.8 千克力 米/千卡。 1849年发表《论热功当量》。
为了测定机械功和热之间的转换关系，焦耳设计了“热功 当量实验仪”，焦耳在磁电机线圈的转轴上绕两条线，跨 过两个定滑轮后挂上几磅重的砝码，由砝码的重量和下落 的距离计算出所做的功。测得热功当量为428.9千克力米/千 卡。1844年又做了把水压入毛细管的实验和压缩空气实验， 测出了热功当量分别为424.9千克力米/千卡和443.8千克力 米/千卡。 1849年发表《论热功当量》。
高温测量：
荷兰的马森布罗克(Musschenbrock)在1747年利用金 属杆的热胀冷缩性质制造了金属温度计；
本世纪八十年代，韦奇武德(J.Wedgwood)用耐火土块 的线度变化制成了量度炉温的高温计。 测温物质的寻找，促进了对物体热膨胀的研究。 计温学的发展和完善，也进一步促进了实验热学研究 的进展。
热
力
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一
定
律
的
建
立
1948年出版了《天体动力学》。 就在这一年，由于许多人的工作，能量守恒原理已得 到普遍承认，但却发生了“能量守恒定律”发现优先权的 争论。焦耳等英国学者否定其工作，认为他只是预见了在 热和功之间存在一定的数值关系，但没有完成热功当量的 计算。迈尔则发表文章进行反驳，并指出自己在1842年就 已经公布了热和活力的等价性及其数值关系。但英国杂志 上只出现批评迈尔的文章，而不刊登迈尔的答辩文章。一 部分德国物理学家讥笑他不懂物理，而在此期间他的两个 孩子夭折，1848年德国革命时由于他观点保守而被起义者 逮捕，致使其于1849年5月跳楼自杀未遂，造成终身残疾， 1851年患脑炎被人当作疯子送进疯人院。直到1862年才恢 复科学活动。
迈 尔 像
热
力
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第
一
定
律
的
建
立
在一次驶往印度尼西亚的航行中，给生病的船员做手 术时，发现血的颜色比温带地区的新鲜红亮。经过思考， 他认为，在热带高温情况下，机体消耗食物和氧的量减少， 所以静脉血中流下了较多的氧。
1841年航行结束后，撰写了《论力的质和量的测定》， 并 1841 年 7 月 寄 给 当 时 的 德 国 物 理 学 杂 志 主 编 波 根 道 夫 (J.C.Poggendorff) ，但被认为迈尔的文章引入了思辩性内容 且缺少精确的实验根据而未发表。
像开 尔 文
§1.热学现象的初期研究
四 热本质的认识
1.认为热是运动的表现 佛兰西斯•培根从摩擦生热得出热是一种膨胀的、被约束的 在其斗争中作用于物体的微小粒子的运动。 波义耳认为钉子敲打之后变热，是运动受阻而变热的证明。 笛卡尔认为热是物质粒子的一种旋转运动； 胡克用显微镜观察火花，认为热是物体各个部分非常活跃和 极其猛烈的运动；罗蒙诺索夫提出热的根源在于运动等。