高等工程热力学

复相系—heterogeneous system
注意：1）不计恒外力场影响； 2）复相系未必不均匀—湿蒸汽； 单元系未必均匀—气液平衡分离状态；
简单可压缩系统 由单元可压缩物质（纯物质）构成、与外界仅 有容积变化功交换、无化学反应的系统
1闭口系、开口系的定义
按系统与外界质量交换分： 闭口系—closed system （控制质量CM） —没有质量越过边界
热平衡：thermal equilibrium：系统各部分无热量交换
力平衡: mechanical equilibrium：系统各部分无相对位移
一个系统，如果它的压力到处相同，并与外界平 衡称之为达到力平衡或机械平衡；
如果它的温度到处相同，并与外界平衡则称之为达到热 平衡。 简单可压缩系统 平衡状态: 同时有热平衡和力平衡
热力系统 •（热力系、系统、体系）
热力系统的分割完全是“人为”的，因此对于 不同的问题，甚至对于同一问题可取不同的系
统。
A
B
例如研究向容器充气，可以取容器为系统，也可取充入容 器的气体和原在容器内的气体一起为系统。
边界特性
工程热力学
固定、活动 真实、虚构
热力系统分类
工程热力学
1、以系统与外界关系划分： 有
特点： a）状态参数是宏观量，是大量粒子
的宏观表现，只有平衡态才有状 态参数，系统有多个状态参数 b）状态参数的特性—状态的单值函数
物理上—与过程无关 数学上—其微量是全微分
状态参数为点函数，沿闭合路径的积分为零。
C）状态参数分类： 强度量—intensive property
它们的值与物质的量无关； 如温度和压力T、P等，
其他系统： 如多元系统 相平衡、
化学反应平衡、、、
平衡条件： 热平衡△t=0
力平衡△p=0
相平衡μ(1)= μ(2)
化学平衡△w=0;△n=0
电平衡△E=0
平衡的热力系统
一个平衡的热力系统，只要不受到外界的影响，它的 状态就不会随时间而改变。如果受到外界作用，引起 系统内压力不均匀或温度不均匀，破坏了系统的平衡 状态，则当外界作用停止后，系统内压力不同及温度 不同的各部分物质之间，将产生机械作用和热作用， 并最终趋向新的平衡状态
广延量—extensive property
V v
m
如物质的体积和热力学能V、U等。 它们的值正比于物质的量
又：广延量的比性质，如比体积 具有强度量特性。
常用的状态参数：
P （压力）、T（温度）、v（比体积）、 h（比焓）、 u（比热力学能）、 s（比熵）…
其中
P、源自文库、v、—可测量-——基本状态参数
1 基础
一） 1、定义 2、热力学平衡 3 、可逆过程和不可逆过 程 4 、 温度和温度测量 5、热量 6、功
二）7 、热力学第一定律 8 、 热力学第二定律 9、热 力学温标10 、 熵
三）11 、 喀喇塞特瑞原理 12 、 热力学面
一、分类
1.1定义 （大量粒子组成）
稳定平衡状态
经典热力学（宏观）
热力学原理
Principles of Thermodynamics
热力学是一门基础科学
热现象
力现象
机械能做功
分子杂乱无章运动的宏观表现 研究内容：
热能和其他形式的能量； 能量转换；
能量和物质特性之间的关系；
教学内容
1 基础 2热力学一般关系 3实际气体状态方程 4多元系统 5多元相平衡 6特殊系统与低温下的热力学问题 7 热力学第三定律 8 化学反应平衡
统计热力学（微观）
大量粒子的统计分析
二、热力学的研究方法和特点
经典热力学只研究宏观量（温度、压力、密度等）间的 关系。但是宏观性质与分子有关 ；温度与分子运动有 关；密度与分子间相互作用有关。
①方法：综合 用系统方法 适用于完全不同的物质
不关心分子个体 结构单元
例：生物、生态系统可看成由大量的 基本结构单元构成
是否传质
开口系
是否传热 是否传功
非绝热系 非绝功系
是否传热、功、质 非孤立系
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
热力系分类（2）
2、 按组元数 单元系— one component system;pure substance system
多元系--multicomponent system
3、 按相数 单相系—homogeneous system
H(h)、U(u)、 S(s)—可计算——可由基本状态参数导 出
*只有平衡态才有状态参数
其他热力系参数：张力-长度、表面张力-面积 、 磁化-磁场强度、电荷-电位差、、
§1-2平衡状态
1、平衡状态 thermodynamic equilibrium state 定义：在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果 系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。
②特点：普适性：
原子、分子、宏 观物体、社会、 生物、生态、、、
热力学方法和概念热力学结论可推广和应用 到其他领域：化学、生物、宇宙、社会、、、
例如：熵的概念
控制论信息论
三、术语
系统
环境
参数 状态参数、
路径参数
过程 系统
循环 单相 复相
化学组成 物理结构
均匀
三、 热力系统、外界和边界
定义： • 系统--thermodynamic system(system) ： 人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统。 • 外界--surrounding ： 与体系发生质、能交换的物系。 • 边界--boundary： 系统与外界的分界面（线）。
不平衡状态：一定存在不平衡位势
两平衡状态相等的判定 若系统两平衡状态的状态参数均一一对应相等，称此两
平衡状态相等；反之，相等的两状态则其状态参数必然一 一对应相等。 简单可压缩系统，只要两个独立的状态参数一一对应相等， 就可判定该系统两平衡状态相等。 （状态公理）
Q=△U+W
平衡和稳定
平衡状态是指在没有外界作用的 情况下工质宏观性质可长久保持不变 的状态。 简单可压缩系统同时处于力平衡和热 平衡，该系统就处于热力平衡状态，
开口系—open system （控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
状态和基本状态参数 一、状态： 某一瞬间热力系所呈现的宏观状况
热力学状态— state of thermodynamic system
—系统宏观物理状况的综合 状态参数—state properties
描述物系所处状态的宏观物 理量