高等工程热力学
高等工程热力学第1章
t
( C) =5 t(F ) 32 9
° °
33
☻ 压力
绝对压力 p；
表压力 pe（pg）; 真空度 pv；
p=
F A
p = pb + pe ( p > pb )
p = pb - pv ( p < pb )
动压力、静压力、滞止压力和绝对压力 ?
☻ 热力学能
Uch
G = G( p, T , n1 , n2 , , nr )
热力平衡系统
其中
是驱使第i 种组分变化的势，即化学势：
12
用A表示的化学势
改变约束条件，化学势还可有其它的表达式、但是 无论如何表示，其实质都相同：
据化学势概念，定温、定容和定压、定温系统的 平衡判据:
13
四. 稳定平衡判据
力学中平衡的稳定性
+
+
1
b2
1
C）状态参数分类： 广延量 强度量 （广延量的比性质，具有强度量特性）32
► 系统两个状态相同的充要条件： 所有状参一一对应相等 简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的状态参数对应相等
► 基本状态参数
☻ 温度
测温的基础—热力学零定律 热力学温标和国际摄氏温标
{t } C = {T }K 273.15
δ AT ,V = 0
1
δ AT , V > 0
2
定温定压系统，平衡与稳定的条件
δ GT , p = 0
1
δ GT , p > 0
2
16
过程
不同形式能量之间的转换必须通过工质的状态变化过程才 能完成。 一切过程都是平衡被破坏的结果，工质和外界有了热的、力的 或化学的不平衡才促使工质向新的状态变化，故实际过程都是不 平衡的。
高等工程热力学教案
高等工程热力学教案一、教学目标1.掌握高等工程热力学的基本概念和基本原理。
2.理解热力学系统和热力学过程的基本特征。
3.掌握热力学第一定律和第二定律的表述和应用方法。
4.能够应用热力学知识解决实际工程问题。
二、教学内容1.高等工程热力学简介(1)高等工程热力学的定义和研究对象。
(2)热力学系统的基本概念和分类。
(3)热力学平衡和非平衡态。
2.热力学基本概念和基本原理(1)热力学过程和过程的分类。
(2)内能和焓的概念及其性质。
(3)热力学第一定律的表述和应用。
(4)克拉珀龙方程和基尔霍夫循环定理。
3.熵和热力学第二定律(1)熵的引入和熵增定理。
(2)热力学第二定律的表述和应用。
(3)熵的计算方法和热力学性能的描述。
4.理想气体和理想气体混合物的热力学性质(1)理想气体状态方程和气体定律。
(2)理想气体的内能、焓和熵的计算方法。
(3)理想气体混合物的理论计算方法。
5.热力学循环和工质使用(1)热力学循环的分类和性能参数。
(2)理想循环和实际循环。
(3)工质选择和工质性能参数。
三、教学方法1.理论讲授：通过课堂讲解，将高等工程热力学的基本概念、基本原理和应用方法传授给学生。
2.实例分析：提供一些实际工程问题，并引导学生应用热力学知识解决问题，加强实际应用能力的培养。
3.讨论引导：组织学生开展小组讨论，让学生在讨论中相互启发，共同思考和解决问题。
四、教学工具1.讲义和教材：准备高等工程热力学的讲义和教学参考教材，便于学生学习和复习。
2.多媒体设备：利用多媒体设备播放示意图、实验视频等，直观地展示热力学原理和实验过程。
3.计算工具：提供计算软件或计算器，方便学生进行数值计算。
五、教学过程1.导入：通过提问和讲解，引入高等工程热力学的概念和研究对象。
2.知识讲解：逐步讲解热力学的基本概念、基本原理和应用方法。
3.实例分析：提供一些实际工程问题，引导学生应用热力学知识解决问题。
4.小组讨论：组织学生进行小组讨论，让学生相互启发、共同思考和解决问题。
高等工程热力学
W g
I
•
用代数值取代绝 对值
W
g
R
W g
I
Q0 I Q0 R
R过程放热量的计算
• 对于R过程，取R系统与环境为热力系，则该热力 系为孤立热力系。由于该热力系中进行的热力过 程为可逆过程，所以，该孤立系的熵增为零，即
S12 R
S12 R
• 这条法则所要阐述的是，在确定的初终状态之间 进行的微元热力过程由于不可逆性所产生的输出 内功的损失（或输入功的增加）。 • 具体内容：一个温度为T的系统，当在两个确定的 初终状态之间进行内部不可逆微元过程时，内部 不可逆性所产生的输出内功的损失（或输入功增 加），等于系统温度T与由此内部不可逆性所引起 的熵产之积。
第二功损法则的推导
第二功损法则的推导
• 14过程的功损为 W
g 14
W g
R
W 14 g
I
T S 0 14 I 14 c
• 12过程的功损为 • 23过程的功损为 • 34过程的功损为
W g
W g
W g
• • • •
• 总结：过程进行的三种判据
自发过程 G 0 G 0 可逆过程或系统处于平衡状态 G 0 不可能发生的过程
（1）在孤立系统中，不作非体积功条件下， 可用熵变作为判据： S U, V 0 自发过程 S U, V 0 可逆过程或过程处于平衡状态
S U, V 0
' E x l T0 S 1 2 I c
第二功损法则
• 这条法则所要讨论的是在一个多过程装置中的总 输出功损失与各个过程功损失之间的关系。 • 第二功损法则的内容：倘若一个处于理想环境 的 多过程装置工作于确定的初终状态之间，而它所 包含的各个子过程又都处于可以辨认的相应中间 状态之间，那么整个装置由于不可逆性所引起的 总功损失，等于每一个子过程分别引起的各输出 总功损失之和。
高等工程热力学
高等工程热力学介绍热力学是研究能量转化和热效应的科学。
而高等工程热力学则是在原有的基础上针对工程领域的应用进行深入研究的学科。
本文将介绍高等工程热力学的基本概念、原理和应用，以及相关的一些实例。
热力学基本概念热力学的基本概念有热力学系统、热力学过程、热力学性质等。
一个热力学系统是指进行能量交换的物理系统，可以是封闭系统、开放系统或者孤立系统。
热力学过程是指系统从一种状态变换到另一种状态的过程，可以是等温过程、绝热过程、等压过程等。
热力学性质是指描述热力学系统的特性，比如温度、压力、体积等。
热力学原理高等工程热力学基于热力学原理进行研究。
其中，热力学第一定律是能量守恒原理，它表明能量不能被创造或者毁灭，只能从一种形式转换为另一种形式。
热力学第二定律是能量传递的方向性原理，它表明热量自然地从高温物体流向低温物体，而不会反向流动。
熵增原理是热力学第二定律的数学表述，它描述了系统熵的增加趋势。
熵是一个衡量系统有序程度的指标，它的增加代表了能量的不可逆损失。
高等工程热力学应用高等工程热力学的应用十分广泛，涉及到多个工程领域。
以下是一些常见的应用实例：热力学循环分析高等工程热力学经常用于分析热力学循环，如蒸汽动力循环、制冷循环等。
通过对循环中各个组成部分的能量转换和损失进行研究，可以优化循环的效率和性能。
热传导计算在工程中，热传导是一个重要的问题。
高等工程热力学可以通过研究热传导的原理和机制，优化工程中的热传导问题，提高热传导的效率。
热力学系统优化通过对热力学系统进行优化设计，可以提高能量转换效率，降低能量消耗。
高等工程热力学可以通过分析系统的热力学性质，找到最优化的设计方案。
新能源开发高等工程热力学也可以应用于新能源的开发。
通过对新能源的高温特性、热力学性质进行研究，可以优化新能源的利用方式，提高能源利用效率。
结论高等工程热力学是热力学在工程领域中的应用和发展。
它通过研究热力学原理和原理的应用，优化工程中的能量转换和热效应问题。
高等工程热力学 - 绪论
工程热力学 高等工程热ຫໍສະໝຸດ 学 热经济学二、本门课的内容
第一章 热力学基本原理及定义
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型 §1-2 热力学第一定律 §1-3 热力学第二定律
第二章
热力学微分方程及工质的通用热力性质
§2-1 特性函数
§2-2 热物性参数 §2-3 热力学能、焓及熵的一般关系式 §2-4 有关比热的热力学关系式
四、教材与参考书目
教材：《工程热力学》（第二版）陈贵堂，王永珍， 北京理工大学出版社，2008.1
参考书目：
● 《工程热力学学习指导》陈贵堂，王永珍，北京理工大学出版社
●《高等工程热力学》陈宏芳，杜建华，清华大学出版社 ●《高等工程热力学》苏长荪，高等教育出版社 ●《高等工程热力学》童钧耕, 吴孟余, 王平阳编著，科学出版社
§2-5 焦尔—汤姆孙系数
§2-6 克拉贝龙方程 §2-7 工质的通用热力性质
第三章
无化学反应的多元系统
§3-1 吉布斯方程组 §3-2 齐次函数及欧拉定理 §3-3 分摩尔参数 §3-4 逸度 §3-5 标准态及理想溶液 §3-6 实际溶液、活度及活度系数 §3-7多元系统的相平衡
第四章
化学热力学
高等工程热力学
Advanced Engineering Thermodynamics
绪 论
一、热力学（Thermodynamics ）
（狭义）研究热能以及热能与其它能量相互转换 规律的科学。 （广义）研究能量属性及其转换规律，以及工质 热力性质及其变化规律的科学。 研究目的： 掌握和应用这些规律，充分合理地利用能量。 分类 分统计热力学 经典热力学
§4-1 质量守恒定律在化学反应过程中的应用
高等工程热力学-第二章 热力学微分方程及工质的通用热力性质
(2) 在充进入C2H4的过程中所交换的热量；
(3) 在充进入C2H4的过程中总的熵产和火用损。
分析：
（1）本题的不可逆性体现在 哪里？ （2）充气过程中所交换的热量、总的熵产和 火用损与焓基准、熵基准是否有关？
（3）理想气体方程是否适用？
当 当 当 ＞0，dT＜0，节流冷效应； ＜0，dT＞0，节流热效应； ＜0，dT = 0，节流零效应；
§2-6 克拉贝龙方程
克拉贝龙方程建立了相变过程中不可测参数的变化量ds 及dh，与可测参数的变化量dp、dT及dv之间的一般关系式， 它是确定相变过程中不可测参数s与h的数值及制定相应的热力 性质表所不可缺少的工具。
第二章 热力学微分方程 及工质的通用热力性质
热力学微分方程
建立了状态参数之间的一般关系式， 与过程的性质及途径无关； 适用于任何工质，任何过程。
§2-1 §2-2 §2-3 §2-4 §2-5 §2-6
特性函数 热物性参数 热力学能、焓及熵的一般关系式 有关比热的热力学关系式 焦尔—汤姆孙系数 克拉贝龙方程
（11-32）
§2-4 有关比热的热力学关系式
（ 4-42）
（ 4-44） （ 4-45）
结论： （1）对于气体，
恒为负值，所以cp＞cv； ≈0，
（2）对于液体及固体，压缩性很小， 因此有cp≈cv； （3）当T→0时，cp≈cv。
§2-5 焦尔—汤姆孙系数
一、绝热节流过程的基本性质
二、绝热节流的温度效应
则
方程
吉布斯方程组 方程
纯质，可逆与不可逆均可
①吉布斯方程组具有高度的正确性和普遍性。 ②吉布斯方程组建立了热力学中最常用的8个状 态参数之间的基本关系式，在此基础上，可以 导出许多其它的普遍适用的热力学函数关系。
《高等工程热力学》课程教学大纲
《高等工程热力学》课程教学大纲课程编号：学分： 3 总学时：54大纲执笔人：杜爱民大纲审核人：一、课程性质与目的二、课程基本要求三、课程基本内容大纲内容及学时分配：第一章绪论（4学时）高等工程热力学课程的背景知识、热力学的发展史；介绍课程性质、课程主要内容、课程的基本要求等，复习基本概念。
第二章温度与热力学第零定律（4学时）温度测量与温标概念，热力学第零定律与国际温标（ITS-90）。
第三章热力学第一定律（4学时）热力学基本概念、热力学第一定律、系统的能量的概念、热力学第一定律的应用。
第四章热力学第二定律与熵（4学时）卡诺原理、热力学第二定律、热力学温标与熵、孤立系统熵增原理、能量贬值原理、极值原理、亥姆霍兹函数与吉布斯函数。
第五章火用与能量分析（6学时）火用与能、能分析与火用分析、热量火用与冷量火用、稳流工质的物理火用与焓火用第六章纯净流体的热力学性质（4学时）热力学曲面与相图、流体的比体积、维里方程、三次型状态方程、其他状态方程、压缩因子的通用化关联、固定组元物质的热力学微分关系式、热力学微分关系式的推导方法、纯净流体热力性质的计算。
第七章均匀混合物系的热力性质（4学时）变组元均匀混合物系的热力学基本关系式、气体混合物的热力性质、混合物中组元的逸度和逸度系数、液体混合物的热力性质、理想溶液、非理想溶液、活度与活度系数、二元混合物的相依性、浓溶液与稀溶液、混合过程热力参数的变化第八章多元系的相平衡（自学）相平衡概述、二元互溶系气液平衡相图。
第九章化学热力学基础（8学时）热力学第一定律应用于化学反应、化学平衡、反应平衡时理想气体的热容、多个反应的平衡、燃料的化学火用，、燃料电池、热力学第三定律等考试（2学时）四、实验或上机内容五、前修课程要求六、学时分配七、教材与主要参考书。
高等工程热力学 第一讲-温标 功、热、熵的微观释疑PPT课件
QL TL QH TH
第2节 温标
如果卡诺热机中的工质用理想气体，分析计算可得与上
式相同的表达式。证明，上式 TL， ，TH就是理想气体温
标决定的温度。所以，热力学温标与理想气体温标是完 全一样的，只是在测温时，前者不局限于理想气体。
为什么选择水的三相点为273.16K？
理由 1. 大量实验表明，沸点和冰点的稳定性和复现性 都没有三相点好。
理想气体温标
由查理定律，在V不变时，定量气体的压力p与温度pt)
（下标0表示在0 ℃ 的值， 称p为压力系数） 实的V验中表装明有：的不m同不性一质样的，气体，也p有不p差一别样。，同一气体不变
第2节 温标
大量实验发现一个规律，不论什么气体，当m不断减少， 直线在横轴上的交点收敛于－273.15℃。
指针偏转 弧光灯 灵敏电流计
光电效应 光子
锌板
铜网
高压电源 紫光照射时电流计指针发生偏转
第1 节 能量的量子化特征
第1 节 能量的量子化特征
光电效应的规律
1、任何一种金属，都存在极限频率 0，只有当入射 光 ， 才0能发生光电效应；
2、光电子的最大初动能E与入射光强度无关，只随
入射光频率的增大而增大 ； 3、光电效应的发生几乎是瞬时的； 4、光电流随入射光强度的增大而增大。
普朗克 爱因斯坦
E h
第2节 能量的量子理论
光子说
爱因斯坦在1905年提出， 在空间中传播的光也不是连续 的，而是一份一份的，每一份 叫做一个光量子，简称光子。
光子的能量和频率成正比：
E h
第2节 能量的量子理论
爱因斯坦光电效应方程
1、逸出功： W
2、爱因斯坦光电效应方程：
高等工程热力学复习资料
高等工程热力学第一讲热力学绪论工程热力学的研究内容与意义三个基本研究物理量：温度——研究热现象引进的物理量平衡态与可逆过程——经典热力学的研究前提。
第二讲本科基本概念复习第三讲热力学定律简述四个热力学定律的内容，并说明各个定律对热力学研究发展的重要性。
热力学第零定律1931年T热力学第一定律1840~1850年E热力学第二定律1854~1855年S热力学第三定律1906年S基准1、温度与热力学第零定律温度与热量的区别与联系分析几类温标，相互之间的联系∙热力学温标（绝对温标）Kelvin scale（Britisher, L. Kelvin, 1824-1907）∙摄氏温标Celsius scale (Swedish, A.Celsius, 1701-1744）∙华氏温标Fahrenheit scale (German,G. Fahrenheit, 1686-1736)∙朗肯温标Rankine scale (W. Rankine,1820-1872)2、能量与热力学第一定律计算3、熵与热力学第二定律孤立系统熵增原理计算火用的计算：1) 热量火用、冷量火用、热力学能火用、焓火用2) 封闭系统的火用平衡方程、稳定流动系统的火用平衡方程4、熵的基准与热力学第三定律第四讲纯净流体的热力学性质1、纯净流体的热力学曲面和相图；2、纯净流体的状态方程式；1）分析实际气体与理想气体之间的宏观与微观差别；2）介绍几类实际气体状态方程以及其相应的适用条件；3、纯净流体的热力学关系式；热力学一般关系式1）4个热力学基本方程（吉布斯方程）意义：是重要的热力学基本方程式，将简单可压缩系在平衡状态发生微变化时各种参数的变化联系起来。
2）偏导数关系和麦克斯韦关系式3）热力学微分关系式的推导方法 （1）数学基础：（2）偏导数的一般推导过程和数学技巧：du Tds pdvdh Tds vdpdf sdT pdv dg sdT vdp=-=+=--=-+热力学恒等式()()()()()()v p s T v p s T u h T s s u fp v v f gs T T h gv p p ∂∂⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭∂∂==-∂∂∂∂==-∂∂∂∂==∂∂偏导数关系()()()()()()()()s v s pT vT pTp v s T v p s s p v T s v p T ∂∂=-∂∂∂∂=∂∂∂∂=∂∂∂∂=∂∂麦克斯韦关系式()()1z z x yy x ∂∂=∂∂ 倒数式循环关系式((()1z x y x y zy z x ∂∂∂=-∂∂∂链式关系式()()()1w w w x y zy z x∂∂∂=∂∂∂不同下标关系式()((()z y w z x x x y w w y w∂∂∂∂=+∂∂∂∂du Tds pdv dh Tds vdp df sdT pdvdg sdT vdp=-=+=--=-+热力学恒等式4）熵、焓和热力学能的一般关系式4、 纯净物热力性质的计算。
高等工程热力学(研究生学习)
温度与热力学第零定律
热力学温标与其它温标
热力学温标只 需要定义一个 温度的量值， 其它温度值就 全部确定了。 1854年，开尔 文提议将水的 三相点温度定 义为273.16 K， 1954年第十届 国际计量大会 正式采纳。
K 水沸点 373.1243
°C 99.9743
°F 211.95
水三相点
冰点
温度计
测温属性
气体温度计
液体温度计 电阻温度计 热电偶 磁温度计 光学温度计
压力或体积
体积 电阻 热电动势 磁化率 辐射强度
温度与热力学第零定律
温
标
为了给温度的测量赋予一定数值，必须科 学地建立起一套规则，把不同的温度指定 不同的数值,这就是所谓的温标。 华氏温标：(氯化铵)盐水混合物的冰点温度 为0℉，人体温度为100℉； 摄氏温标：将1个标准大气压下水的冰点和 蒸气点之间的温度等分为100℃，并以冰点 作为0℃。
温度的意义
温度的热力学定义：决定一个系统是否 与其它系统处于热平衡的宏观性质。处 于热平衡的各系统温度相同。 温度的热力学定义提供了温度测量的依 据，即被测物体与温度计处于热平衡时， 就可以从温度计的读数确定被测物体的 温度值。
温度与热力学第零定律
温度测量和温度计
温度计测温原 理：当一个物 体的温度改变 时，物体的其 它性质也将随 之发生变化， 可根据这些变 化性质中的某 些参数测量物 体的温度，指 明温度的数值。
A p dx
dwre F dx p A dx p dV
pb
wre pdV
1
2
⑤ 在准静态可逆过程时，对外做功由系统内部参数决定的， 不用考虑外界因素。
高等工程热力学
1.1 热力学研究对象和方法
基本概念
热力学系统——人为地选取一定范围的物质作为研究对象，简称系统 外界——系统以外的物质 闭口系——与外界无物质交换的系统 开口系——与外界有物质交换的系统 绝热系——与外界无热量交换的系统 孤立系——与外界无任何能量和物质交换的系统 工质——用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质 热源——具有无限热量储存能力的假想热力系统，其作用只是与其他系统
闭口系统 常质量系统
开口系统 常质量系统（进、出口质量一致） 变质量系统（进、出口质量不一致）
1.1 热力学研究对象和方法
控制质量法与控制体积法
控制质量法：对同一部分定量工质进行研究 控制体积法：对固定空间区域进行研究
变质量热力学过程采用控制体积法。 假设：系统的功和热的作用发生在没有质量迁移的那部分控制面上， 质量迁移和随之迁移的能量和熵等，只发生在开口控制面上。
a
d 0
1
2
b
1.2 状态参数与平衡状态
强度量：p，v ， T ， u ， h ， s
尺度量（广延量）：V，U，Ｈ，Ｓ
常质量系统：dV=mdv dU=mdu dH=mdh dS=mds 变质量系统：dV=d(mv)=mdv+vdm dU=d(mu)=mdu+udm
dH=d(mh)=mdh+hdm dS=d(ms)=mds+sdm
系统处于平衡状态时才具有确定的状态参数。
1.2 状态参数与平衡状态
平衡与均匀
平衡与稳定
平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的 平衡必稳定，稳定不一定平衡
1.2 状态参数与平衡状态
热力系的平衡状态可以用状态参数来描述，每一个状态参 数都是从某一个角度来描述系统的某一方面宏观的性质，但是 这些状态参数并不都是独立的，而是相互影响的。系统处于平 衡状态时，有几个独立变量呢？
高等工程热力学第2章
第一节 热力学第一定律 热力学第一定律：自然界中的一切物质都具有能 量；能量有各种不同形式，并能从一种形式转化 为另一种形式；在转换中，能量的总数保持不变。 热力学第一定律的一般表达式为： （2-1a） Q E W 式（2-1）中： Q表示热力系统与外界交换的热量， 习惯上系统吸热取正值，系统放热取负 值； ，表示热力系初、终态总能量的
第二章 第一定律 瞬变流动
对于闭口系统，系统是静止的，由略去位能 变化时，则得到
E U
故式（2-1）中各式可相应写成
Q U W
q u w
Q dU W
q du w
(2-2a) (2-2b) (2-2c) (2-2d)
第二章 第一定律 瞬变流动
（ 2）
分别积分得
1 p2 kk T2 T1 ( ) p1
p1V m RT1
p2 1 k 1 ( ) p1
第二章 第一定律 瞬变流动
2. 刚性容器等温放气过程 与绝热放气不同，此条件是 dT 0, T1 T2 Tsur 及 Q 0 。求 Q 和 m 。 因为 dV 0 ，dT 0 ,所以状态方程的微分式应为
第二章 第一定律 瞬变流动
下面分别讨论充气与放气： 一、充气 对刚性容器充气，控制容积不变，但对气缸充 气时体积要改变。而且，充气较快时，接近绝热充 气；如充气很慢，系统和外界随时保持热平衡，接 近等温充气。所以分析计算要求随充气的具体情况 而定。
第二章 第一定律 瞬变流动
1、刚性容器绝热充气 已知：充气前的压力 p1和温度 T1 ，高压管线 的 p0 和 T0 ，终了压力 p2。求充气终温 T2及充气量 m 取系统:取储气罐为开口系
高等工程热力学14题全
1、简述温度的定义、物理意义及温度测量的工程应用意义。
温度是表征物体冷热程度的物理量，是物质微粒热运动的宏观体现。
根据热力学第零定律说明，物质具备某种宏观性质，当各物体的这一性质不同时，它们若相互接触，其间将有净能流传递；当这一性质相同时，它们之间达到热平衡。
人们把这一宏观物理性质称为温度。
物理意义：从微观上看，温度标志物质分子热运动的剧烈程度。
温度和热平衡概念直接联系，两个物系只要温度相同，它们间就处于热平衡，而与其它状态参数如压力、体积等的数值是否相同无关，只有温度才是热平衡的判据。
温度测量的工程应用意义：温度是用以判别它与其它物系是否处于热平衡状态的参数。
被测物体与温度计处于热平衡，可以从温度计的读书确定被测物体的温度。
2简述热与功的联系与区别区别：功是系统与外界交换的一种有序能，有序能即有序运动的能量，如宏观物体（固体和流体）整体运动的动能，潜在宏观运动的位能，电子有序流动的电能，磁力能等。
在热力学中，我们这样定义功：“功是物系间相互作用而传递的能量。
当系统完成功时，其对外界的作用可用在外间举起重物的单一效果来代替。
”一般来说，各种形式的功通常都可以看成是由两个参数，即强度参数和广延参数组成，功带有方向性。
功的方向由系统与外界的强度量之差来决定，当系统对外界的作用力大于外界的抵抗力时，系统克服外界力而对外界做功。
功的大小则由系统与外界两方的较小强度量的标值与广延量的变化量的乘积决定，而功的正号或负号就随广延量的变化量增大或减小而自然决定。
热量是一种过程量，在温差作用下，系统以分子无规则运动的热力学能的形式与外界交换的能量，是一种无序热能，因此和功一样热量也可以看成是由两个参数，即强度参数和广延参数组成的量。
传递热量的强度参数是温度，因此有温差的存在热量传递才可以进行。
热量的大小也可以由系统的与外界两方的较小强度量的标量与广延量变化量的乘积决定。
热量也有方向性。
热量的方向由系统与外界的温度之差来决定，当外界的温度高于系统的温度时，外界对系统传热。
高等工程热力学-第一章、热力学基本原理及定义
功量的 流：
系统所交换的功量，对系统自身 值变化的贡献。
例：两种可逆绝热膨胀过程，
判断功量 值的正负。
＝面积（A＋B）-面积B ＝面积A＞0
＝面积D-面积（C＋D） ＝-面积C＜0
功库：假想的、定质量定容积的绝热系统，内部可逆。
注意：无用能只是指能量的作功能力为零，并非绝对无用， 在非作功场合仍有使用价值。
4.有用功及无用功
系统1→2过程:
无用功： 有用功:
（可逆过程）
最大有用功:
问：下面哪些是过程量，哪些是状态量?
5. 与 Exergy and Anergy
在一定的环境条件下，一定形态的能量中可以转换成有 用功的最大理论限度，称为该种形态能量中的 ， 而不 能转换成有用功的部分则称为 。
◆是否满足热力学第一定律的过程，都能够实现？ 怎样实现？条件是什么？ 例：①一杯热水放在桌子上，会自发地慢慢变冷。 ②杂技中耍手帕，或热功当量实验。 ③煤气（液化气）泄露事故。 热过程具有方向性。
◆自然界中的一切过程总是自发地朝着一定的方向进行。
◆但非自发过程并不是不可能实现的。非自发过程的实现 要花费一定的代价，需要补偿过程同时进行。 压气机→气体的压缩； 热机→热能转变为机械能； 制冷机→热量由低向高传递。
周围环境：能容量无限大的、定质量系统，内部可逆，
4. 质量流能容量的可用性
质量流的 值： A f
质量交换对系统火用值变化的贡献，总是由流动质量本身 的的火用值及流动功的火用流两部分组成，而且它们总是同 时出现，所以可以把它们的总和看作是质量流本身所固有的 能质属性，定义为质量流的火用值。
质量流的 流： (A)M
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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，
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
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
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，
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。
热力学原理
Principles of Thermodynamics
热力学是一门基础科学
热ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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
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）
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、T、v、—可测量-——基本状态参数
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
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
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）。