热力学第一章

发烧 100
00.01水冰三熔相点点
32
-17.8 盐水熔点 0
559.67 491.67 459.67
0 -273.15
-459.67
0
温标的换算
T[K] t[OC] 273.15 t[OC] 5 (t[F] 32)
9
t[F] t[R] 459.67
常见测温仪器
水银温度计 ，酒精温度计， 热电偶 热电阻 辐射温度计 铂电阻温度计 激光全息干涉仪 CARS（相干反斯托克斯喇曼光谱）法
3、比容(比体积) v
单位质量的物质所占有的容积
V v [m3/kg]
m
v = 1
工质聚集的疏密程度
v 1
物理上常用密度
[kg/m3]
4、热力学能 U
热力学能：组成物质的微观粒子所具有的能量。
1. 主要包括 （1）内动能：Uk
物质内部的分子，原子等微观粒子不停地作热运 动的热运动动能。 是温度的函数。
温度的测量
温度计
物质 （水银，铂电阻） 特性 （体积膨胀，阻值）
基准点 刻度
温标
常用温标
• 热力学温标（绝对温标） K • 摄氏温标 ℃ • 华氏温标 F • 朗肯温标 R
常用温标之间的关系
绝对K 摄氏℃
华氏F
373.15 100 水沸点
212
朗肯R
671.67
273.16 273.15
37.8
m
Hg
• 常用单位：
• 1 kPa = 103 Pa
• 1bar = 105 Pa
• 1 MPa = 106 Pa
• 1 atm = 760 mmHg
•
= 1.013105 Pa
• 1 mmHg = 133.3 Pa
• 1 at = 1 kgf/cm2
•
= 9.80665104 Pa
绝对压力，表压力和真空度
第一章 基本概念
1-1 热力系
1、系统的定义
热力系 (热力学系统、简称系统)： 就是具体指定的热力学 研究对象
§1-1 热力系
2、系统、外界与边界 外界：系统以外的与热力系有关的 所有物质 边界(界面)：系统与外界的分界面
系统与外界的所有作用都必须通过边界
热力系选取的人为性
过热器
汽轮机
锅 炉
发电机
➢国际单位制，单位面积上所受的力表示 pa, kpa ➢大气压的倍数表示 atm, at
➢液柱的高度表示 mH2O, mmHg 例如一个标准大气压：
H H2O
p
H2O
1.013 105 pa 1000 9.81
10m H2O
HH g
p
Hg
1.013 105 pa 13.6 103 9.81
760m
§1-1 热力系
1 开口系
1
m
2
1+2 闭口系
WQ
1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
4
3
非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力系统其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
Hale Waihona Puke Baidu
按内部情况分： 工质种类
单元系 多元系
单相 相态
多相
简单可压缩系统
最重要的系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功
m
比容
uU m
h H m
比内能 比焓
s S m
比熵
单位：/kg /kmol 具有强度参数的性质
强度参数与广延参数
速度 （强）
Velocity
高度 （强）
Height
温度 （强）
Temperature
应力 （强） Stress
动能 （广） Kinetic Energy
位能 （广） Potential Energy
凝 汽 器
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热
只交换热
边界特性
固定、活动 真实、虚构
热力系分类
以系统与外界的联系分：
有
是否传质
开口系
是否传热
非绝热系
是否传功
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
常见：
开口系：既有质量交换，也可以有能量交换 闭口系：无质量交换 绝热系：无热量交换 孤立系：无任何联系
➢ 绝对压力 是以绝对真空为基准计量得到的压力，
是工质的真实压力。
➢ 表压力
是以大气压为基准测量得到的压力 用 Pe 表示 ➢ 真空度
用 Pv 表示
Pe
P
Pb
0
Pb Pv
P0
绝对压力，表压力，真空度，大气压力之间的关系
当 p > pb 当 p < pb
表压力 pg 真空度 pv
p
p pg pb
1mmHg = ρgh = 133.322Pa
当h变化大，ρ ρ(h)
p (h)gdh
工业或一般科研测量：
压力传感器
高精度测量：
活塞压力计
2、温度 T
温度T 的一般定义：
传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量
微观：衡量分子平均动能的量度
T 0.5 m c 2
1) 同T , 0.5mc 2 不同，如碳固体和碳蒸气
容积变化功
后面继续讨论功的问题
压缩功 膨胀功
§1-2 状态和状态参数
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述热力系状态的物理量 状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量
与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分
状态参数的微分特征
p pb pv
pg
pv
pb
p
压力p测量
绝对压力与环境压力的相对值（差值） ——相对压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
环境压力与大气压力
环境压力
指压力表所处环境
大气压力
注意：
环境压力一般为
大气压，但不是绝对
h
的。
大气压力
大气压随时间、地点变化
物理大气压 1atm = 760mmHg
当h变化不大，ρ常数
设 z =z (x , y)
dz是全微分
dz
z x
y
dx
z y
x
dy
充要条件：
2z 2z xy yx
可判断是否 是状态参数
强度参数与广延参数
强度参数：与物质的量无关的参数
如压力 p、温度T
广延参数：与物质的量有关的参数可加性
如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S
比参数： v V
2) 0.5mc2总0, T 0, 1951年核磁共振法对 氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度
3) T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止， 零点能
温度的热力学定义
热力学第零定律 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。
第零定律是温度测 量的理论基础，也 叫热平衡定律 图中B是温度计
内能 （广） Internal Energy
摩尔数 （广） Mol
常见基本状态参数有六个
压力 p、温度 T、比容 v （三个容易测量的）、 热力学能、焓和熵（三个不易测量的）
1、压力： 单位面积上所受的垂直作用力，用符 号“p”表示
p 是物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2
单位：