热力学图解
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02热力学基本知识 PPT
汽化和冷凝
一、物质的状态变化
物质的三态在一定的条件 下可以互相转化， 这种集态的变化称为相变
气态→液态→固态 固态→液态→气态
二、. 形式：蒸发和沸腾
三、冷凝
当蒸气受到冷却时，放出热量，由气体变成液 体的过程冷凝包括两个过程：冷却和凝结
液化气体的性质
02热力学基本知识
一、温度
1. 定义：表示物体冷热程度的量度 2. 温标：摄氏温标 tc ℃
华氏温标 tF ℉ 绝对温标 T K
3. 相互关系：
tc = 5/9(tF - 32) tF = 9/5×tc + 32 T = tc + 273.15
二、压力
1. 定义：单位面积上所受的垂直作用力
2. 常用单位：kgf/cm2 Pa kPa MPa bar Psi
atm
3. 相互关系： 1 kgf/cm2 = 9.80665×104 Pa
1KPa=1 ×103 Pa 1bar= 1 ×105 Pa
Pa 1atm= 1.01325 ×105 Pa
1MPa=1×106 Pa 1 Psi=6.895× 103
4. 压力的测量：表压力（Pg）真空（Pv）
绝对压力（P） 当P > B时：P = Pg + B 当P < B时：P = B － Pv
一、饱和
1.饱和状态：在汽化或冷凝过程中，气液两相处 于平衡共存的状态
2.饱和温度：在某一给定压力下，气液两相达到 平衡共存时所对应的温度
二、过冷与过热
1.过冷液体：温度低于其所处压力下对应饱和温 度的液体
2.过热蒸气：温度高于其所处压力下对应饱和温 度的蒸气
3.过热度：过热蒸气温度与其同一压力下饱和温 度之差
04-热力学第二定律演示图108
2.热力学第二定律表达式 ─熵方程 2.热力学第二定律表达式─ １) 熵的计算 ① 工质总熵与比熵之间的关系 ② 任何物系的熵变量 例： 物系定温吸热 物系定温放热 ③ 复合系统的熵变量
S S
S ms
２) 熵的组成 不可逆过程 w ( p Fl )dv pdv Fl dv q du 可逆过程
开尔文表述：不可能从单一热源取热，使之完全 变为有用功而不引起其它变化。
或
t
w0 q1 q2 q 1 2 q1 q1 q1
第四章 热力学第二定律
4-2 热力学第二定律─ 热力学第二定律─热力学第二定律表达式
第四章 热力学第二定律
4-2 热力学第二定律─ 热力学第二定律─热力学第二定律表达式
dS sys
对于孤立系 有熵方程
s1 m s f sg s2 m 0
dSiso dS sys S g
或 Siso 0
s1m S f S g s2 m 0
S 2 S1 S f S g
表明工质流经开口系统时引起熵的变化的原因有两个： ① 系统与外界有热量交换引起的熵流 Sf； ② 过程的不可逆性引起的熵产 Sg。
高温热源T1
Q1
W0
Q1
热机
W0
Q2
Q2
冷却水
能量方程
低温热源T2
Q1 Q2 W0 W0 Q1 Q2
热机
第四章 热力学第二定律
第四章 热力学第二定律
能量方程
Q1 Q2 W0
循环热效率定义式
W0 Q1 Q2
4-2 热力学第二定律
热力学第二定律的表 述
─热力学第二定律表达式
热力学第一章课件
开口系 Open system Control volume 闭口系 Closed system Control mass 绝热系 Adiabatic system 孤立系 Isolated system
热力学第一章
§1-1 热力系统
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
热力学第一章
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
充要条件：
2z 2z xy yx
可判断是否 是状态参数
热力学第一章
强度参数与广延参数
Intensive properties Extensive properties
4
3
非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力学第一章
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
相态
单相 多相热力学第一章
简单可压缩系统
Simple compressible system
最重要的系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
Moving Boundary Work 容积变化功 Compression Work
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
热力学第一章
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果两个系统分别与第三个系统处于
热力学第一章
§1-1 热力系统
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
热力学第一章
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
充要条件：
2z 2z xy yx
可判断是否 是状态参数
热力学第一章
强度参数与广延参数
Intensive properties Extensive properties
4
3
非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力学第一章
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
相态
单相 多相热力学第一章
简单可压缩系统
Simple compressible system
最重要的系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
Moving Boundary Work 容积变化功 Compression Work
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
热力学第一章
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果两个系统分别与第三个系统处于
大气科学概论：第6章-5 节热力学图解
答：温度升高，压强增大，
比湿增加，露点增加，
相对湿度不变，位温减小，
假相当位温不变。
• 3、设某地气压为1000hPa，气温25C， 相对湿度80%。若日落后气温降低了5C
，问是否会产生雾？雾的含水量是多少 ？
P 1000 hPa,T1 25 C 时， qs1 25(g / kg)
q qs r 20(g / kg)
课堂练习根据假湿球温度和假湿球位温的定义在tlnp示意图上画出假湿球温度和假说明平流雾形成过程中可能包含哪些热力学过程哪些可以认为是绝热的哪些可以认为是非绝热的
第5节 热力学图解
热力学图解的用途
• 分析大气热力状况时，热力学图表方便快捷 • 由层结曲线看温度随高度的变化，看是否有等
温层、逆温层
• 温度层结与露点层结配合，判断云的高度、厚 度
• 要点： 层结曲线和状态曲线 应用：如何确定LCL,如何绘制层结曲线
pe p
•比湿（specific humidity） q
q v
e
e
v d p (1 )e p
饱和时： es , qs , rs
•相对湿度（Relative Humidity） RH
RH r 100 % e 100 %
rs
es
将常规的温度、湿度组成新的温湿特征量 ，如se,,Tv等
凝结高度后，再沿湿绝热线上升的路径，表示为：dT
• 层结曲线上温度随高度分布的表示为 ： T
dZ
Z
气块的路径曲线
湿绝热
线γs
等饱和比 湿线qs
干绝热 Pc 线γd P0
-lnP Γs
qS LCL
Γd
Tc Td0 T0
层结曲线，配合状态曲线（干绝热线与湿绝热线）可 以求该地上空凝结高度，可分析气层的稳定状态，比
比湿增加，露点增加，
相对湿度不变，位温减小，
假相当位温不变。
• 3、设某地气压为1000hPa，气温25C， 相对湿度80%。若日落后气温降低了5C
，问是否会产生雾？雾的含水量是多少 ？
P 1000 hPa,T1 25 C 时， qs1 25(g / kg)
q qs r 20(g / kg)
课堂练习根据假湿球温度和假湿球位温的定义在tlnp示意图上画出假湿球温度和假说明平流雾形成过程中可能包含哪些热力学过程哪些可以认为是绝热的哪些可以认为是非绝热的
第5节 热力学图解
热力学图解的用途
• 分析大气热力状况时，热力学图表方便快捷 • 由层结曲线看温度随高度的变化，看是否有等
温层、逆温层
• 温度层结与露点层结配合，判断云的高度、厚 度
• 要点： 层结曲线和状态曲线 应用：如何确定LCL,如何绘制层结曲线
pe p
•比湿（specific humidity） q
q v
e
e
v d p (1 )e p
饱和时： es , qs , rs
•相对湿度（Relative Humidity） RH
RH r 100 % e 100 %
rs
es
将常规的温度、湿度组成新的温湿特征量 ，如se,,Tv等
凝结高度后，再沿湿绝热线上升的路径，表示为：dT
• 层结曲线上温度随高度分布的表示为 ： T
dZ
Z
气块的路径曲线
湿绝热
线γs
等饱和比 湿线qs
干绝热 Pc 线γd P0
-lnP Γs
qS LCL
Γd
Tc Td0 T0
层结曲线，配合状态曲线（干绝热线与湿绝热线）可 以求该地上空凝结高度，可分析气层的稳定状态，比
工程热力学主要循环图示
1. 卡诺循环
1 → 2 等温吸热 2 → 3
绝热压缩
3 → 4
绝热膨胀
4 →1
等温放热
是两个热源的可逆循环 个热源的可逆循环 可逆
5
理想混合加热循环(萨巴德循环 理想混合加热循环 萨巴德循环) 萨巴德循环
1 2 等熵压缩；2 3 等容吸热； 等熵压缩； 等容吸热； 3 4 定压吸热；4 5 等熵膨胀； 定压吸热； 等熵膨胀； 5 1 定容放热 特性参数： 特性参数 压缩比(compression ratio) 压缩比 定容增压比(pressure ratio) 定容增压比
工程热力学
克劳修斯不等式的推导
1、正循环（卡诺循环） 、正循环（卡诺循环）
Q Q1 Q2 ∫ T = T1 T2 = 0
热力系统分类
以系统与外界之间能量和物质交换情况划分： 有 无
是否传质 是否传热 是否传功 是否传热、功、质 开口系 非绝热系 非绝功系 非孤立系 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
v1 ε= v2
p3 λ= p2
定压预胀比 (cutoff ratio)
v4 ρ= v3
定压加热循环（狄塞尔 循环) 定压加热循环（狄塞尔Diesel循环 循环
定容加热循环（奥托 循环) 定容加热循环（奥托OTTO循环 循环
柴油机与汽油机动力循环图示
柴油机，压燃式
汽油机，点燃式
定压加热理想循环－ 定压加热理循环－布雷顿循环
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 U S H u= h= v= s= m m m m 比容 比内能 比焓 比熵 具有强度参数的性质，不可加性
1 → 2 等温吸热 2 → 3
绝热压缩
3 → 4
绝热膨胀
4 →1
等温放热
是两个热源的可逆循环 个热源的可逆循环 可逆
5
理想混合加热循环(萨巴德循环 理想混合加热循环 萨巴德循环) 萨巴德循环
1 2 等熵压缩；2 3 等容吸热； 等熵压缩； 等容吸热； 3 4 定压吸热；4 5 等熵膨胀； 定压吸热； 等熵膨胀； 5 1 定容放热 特性参数： 特性参数 压缩比(compression ratio) 压缩比 定容增压比(pressure ratio) 定容增压比
工程热力学
克劳修斯不等式的推导
1、正循环（卡诺循环） 、正循环（卡诺循环）
Q Q1 Q2 ∫ T = T1 T2 = 0
热力系统分类
以系统与外界之间能量和物质交换情况划分： 有 无
是否传质 是否传热 是否传功 是否传热、功、质 开口系 非绝热系 非绝功系 非孤立系 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
v1 ε= v2
p3 λ= p2
定压预胀比 (cutoff ratio)
v4 ρ= v3
定压加热循环（狄塞尔 循环) 定压加热循环（狄塞尔Diesel循环 循环
定容加热循环（奥托 循环) 定容加热循环（奥托OTTO循环 循环
柴油机与汽油机动力循环图示
柴油机，压燃式
汽油机，点燃式
定压加热理想循环－ 定压加热理循环－布雷顿循环
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 U S H u= h= v= s= m m m m 比容 比内能 比焓 比熵 具有强度参数的性质，不可加性
5-热力学第二定律演示图108
∫
1A2
δq
T
+
∫
2 B1
δq
T
即
T2i δq ∫ T = 0 称为克劳修斯积分。
=0
表明：若工质经历一可逆循环，其吸热量（或放热量）除以吸热时热源 的温度（或放热时冷源的温度）的循环积分等于零。
第 5 章 热力学第二定律
5.3.2 克劳修斯不等式
T2 两热源间工作的卡诺热机A 两热源间工作的卡诺热机A有 η A = 1 T1
第 5 章 热力学第二定律
5.3.3不可逆过程的熵 5.3.3不可逆过程的熵
１)熵的计算 ①.工质总熵与比熵之间的关系 S = ms; ③ 复合系统的熵变量 S = ∑ Si ②.任何物系的熵变量 S = ∫ 2)熵的组成 2)熵的组成 热力学能变化相等
n
δQ
T
±Q 例: 物系定温吸热 S = T
5.2.3 卡诺定理
5.2.4卡诺定理 5.2.4卡诺定理 卡诺定理1: 卡诺定理1: 在两不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机，它们的 热效率都相等，且与工质的性质无关。 即
ηtr = ηtc = f (T1 , T2 )。
卡诺定理2: 在两不同温度的恒温热源间工作的一切不可逆热机, 卡诺定理2: 在两不同温度的恒温热源间工作的一切不可逆热机,它们 的循环热效率都小于可逆热机的热效率。 即 ηt不可逆<ηt可逆= ηt最大。 上面两定理作为两恒温热源间工作热机的判据: 上面两定理作为两恒温热源间工作热机的判据: ① 若 ηt =
T
a
b g A
1 q2 两热源间工作的不可逆热机B 两热源间工作的不可逆热机B有 η B = 1 q1 q T 由卡诺定理可知 η B < η A 或 1 2 < 1 2 q1 T1 q q q1 q2 取代数值后得 1 + 2 < 0 或 也可写成 <0 T1 T2 T1 T2 δ q1i δ q2i 对于任一微元不可逆循环有 + <0 T1i T2 i δ q1i δ q2 i +∑ <0 将无穷多个式子相加得 ∑ T1i T2i
热力学图解
第五节热力学图解大气的热力状态和热力过程，以及在热力过程中各种物理量的变化等，可以从理论上通过数学公式进行计算，但不直观。
热力学图解简单、直观，是把常用的热力学公式预先给定各种可能的参数作成图表；热力学图解不仅能用于分析研究，更适合于日常气象业务工作。
虽然精度没有理论公式计算高，但可获得直观认识。
公式法适用于理论研究，精度要求高的业务工作。
常用的热力学图解有T-lnp图、温熵图等.选热力学图表的结构应满足以下要求：1、为了便于在热力学图上反映系统作功和能量的变化，要求图上过程曲线所围的面积大小能代表功和能量的多少。
2、它的坐标最好是能实测到的气象要素或是其简单的函数。
3、图上的主要线条尽可能为直线或近似为直线。
4、图上各组线条之间的夹角尽可能大，以便准确读数。
一般绝热图上的基本线条有等温线、等压线、干绝热线、湿绝热线以及饱和比湿线。
我国普遍采用温度-对数压力图（T-lnp图），也叫埃玛图。
一、T-lnp图的结构1、坐标系,ln x T y p==−优点：1）气压向上减小，与实际大气相同；2）相差K 倍的等压线间的距离相等，1000-200hpa = 250-50hpa；2、基本线条等温线、等压线、等θ线（干绝热线）、等q s 线（等饱和比湿线）、等Θse 线（假绝热线）。
假绝热线（绿色虚线）气块沿干绝热线上升到凝结高度后，再沿湿绝热线上升，直到水汽全部凝结，再沿干绝热线下降到1000hpa时的温度，即假相当位温Θse。
q s q s二、T-lnp图的应用1、点绘层结曲线大气层结——一个地区上空大气温度和湿度的垂直分布p166.72、作气块绝热变化过程的状态曲线状态曲线——空气块上升下降过程中状态（温度）的变化，是未饱和湿空气先沿干绝热线上升至凝结高度，然后沿湿绝热线上升所构成的曲线。
3、求各温湿特征量1）位温2）饱和比湿q, 实际比湿qs3) 相对比湿f4)抬升凝结高度LCL5) 假相当位温θse3)相对湿度f:q/qs*100%, 例f=9.9/16.4=60%4)抬升凝结高度LCL过(T,p)的等θ线与过(Td ,p)的等qs线的交点所在高度(有时用气压值表示),例：Zc=893hpa5) 假相当位温θse（绿色虚线）过抬升凝结高度的等θse线的数值；例：p=1010hpa,t=22度，td =14度，θse=52度qsqs6）假湿球位温θsw 和假湿球温度T sw （150页)a) Θsw ：空气由状态（p , t , t d )按干绝热上升到凝结高度后，再沿湿绝热线下降到1000hpa时所具有的温度。
(参考资料)热力学性质图表
②由过热蒸汽表查焓和熵：
H1=3051.23kJ·kg-1 S1=7.1219kJ·kg-1·K-1
膨胀过程可逆绝热，是等熵过程：
S2= S1= 7.1219kJ·kg-1·K-1
天津大学化工学院
主讲：李永红
③由饱和水蒸气表查0.1Mpa条件下的焓和熵：
HL =417.46 kJ·kg-1
HV =267535kJ·kg-1
天津大学化工学院
主讲：李永红
空 气 的 T-S 图
●
绿色制冷剂HFC-134a的Lnp -H 图
●
空 气 的 H-S 图
例 3-7 (1) 10.13×105Pa的饱和气态氨以25kg·min-1的流速进入
冷凝器，成为饱和液态氨。每分钟需从冷凝器移出多 少热量？
解：此过程中 ΔH = Q 查氨的T-S图： 10atm，饱和气态氨的HV=350 kcal·kg-1 饱和液态氨的HL=70 kcal·kg-1
通过无摩擦的膨胀机进行绝热可逆膨胀至101310节流膨胀为等焓过程节流膨胀为等焓过程110110沿等焓线膨胀膨胀至1atm1atm9191天津大学化工学院天津大学化工学院主讲
热力学性质图表
天津大学化工学院
H-T 图 T-S 图
Lnp -H 图
H-S 图 水蒸气表
主讲：李永红
理想气体线
空 ●
气 的 H-T 图
多少？液态氨的含量是多少？
解：
① 节流膨胀为等焓过程
p1=14atm, T1=110℃
沿等焓线膨胀至:p2Fra bibliotek1atm，得 T2=91℃
查图
天津大学化工学院
主讲：李永红
氨的T-S图
● ●
天津大学化工学院
H1=3051.23kJ·kg-1 S1=7.1219kJ·kg-1·K-1
膨胀过程可逆绝热，是等熵过程：
S2= S1= 7.1219kJ·kg-1·K-1
天津大学化工学院
主讲：李永红
③由饱和水蒸气表查0.1Mpa条件下的焓和熵：
HL =417.46 kJ·kg-1
HV =267535kJ·kg-1
天津大学化工学院
主讲：李永红
空 气 的 T-S 图
●
绿色制冷剂HFC-134a的Lnp -H 图
●
空 气 的 H-S 图
例 3-7 (1) 10.13×105Pa的饱和气态氨以25kg·min-1的流速进入
冷凝器，成为饱和液态氨。每分钟需从冷凝器移出多 少热量？
解：此过程中 ΔH = Q 查氨的T-S图： 10atm，饱和气态氨的HV=350 kcal·kg-1 饱和液态氨的HL=70 kcal·kg-1
通过无摩擦的膨胀机进行绝热可逆膨胀至101310节流膨胀为等焓过程节流膨胀为等焓过程110110沿等焓线膨胀膨胀至1atm1atm9191天津大学化工学院天津大学化工学院主讲
热力学性质图表
天津大学化工学院
H-T 图 T-S 图
Lnp -H 图
H-S 图 水蒸气表
主讲：李永红
理想气体线
空 ●
气 的 H-T 图
多少？液态氨的含量是多少？
解：
① 节流膨胀为等焓过程
p1=14atm, T1=110℃
沿等焓线膨胀至:p2Fra bibliotek1atm，得 T2=91℃
查图
天津大学化工学院
主讲：李永红
氨的T-S图
● ●
天津大学化工学院
热力学第一章基本概念
h
15
四、热力系示例
1．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝 红线内 ——闭口绝热系
黄线内不包含电热丝 ——闭口系
黄线内包含电热丝 ——闭口绝热系
兰线内
——孤立系
h
16
2．刚性绝热喷管
取红线为系统— 闭口系
取喷管为Hale Waihona Puke 统—开口系绝热系?h
17
３．A、B两部落“鸡、犬之声相闻， 民至老死不相往来”
又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积
v
V
m
工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
h
20
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
dzxzy dxyzxdy
充要条件：
2z 2z xy yx
h
可判断是否是状 态参数
22
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
h
6
1-2 热力系统（热力系、系统、体系） 外界和边界
一、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）。
A部落为系统
—闭口系 A
A+B部落为系统—孤立系
h
B
18
1-3 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（state of thermodynamic system） —系统宏观物理状况的综合
大学物理热力学基本概念 ppt课件
注意：功是过程量
过程不同，曲线下面积不同
（可正、可负、可零）
2.热量
比热
中学： Q c( M T 2 T 1)c M T
定义：
热容： C cMQ C T
摩尔热容： Cc
M
QCT
等压摩尔热容：
Cp
(
dQ dT )dp0
注意：
等体摩尔热容：
CV
(
dQ dT )dV0
热量是过程量
3. A 与 Q 比较
指所有分子热运动能量和分子间相互作用势能
例：实际气体 EE(T,V)
理想气体 EM 2i RTE(T)
(刚性分子)
2. 内能E 是状态函数 内能变化ΔE只与初末状态有关，与所经过的过程无 关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。
做功 3. 内能变化方式
热传递
四、功和热量 1. 准静态过程的体积功
热力学第一定律和第二定律
当一个科学家发现，自然界的结构有 这么多不可思议的奥妙，他会有一个触 及灵魂的震动。而这个时候的感觉，我 想是和最真诚的宗教信仰很接近的。
－－－杨振宁
结构框图
热力学系统 内能变化的 两种量度
功 热量
等值过程
热力学 第一定律 （理想气体）
热力学
绝热过程 循环过程
第二定律 （对热机效率的研究） 卡诺循环
2. 等压过程 （ dp=0 p=c )
1) 过程方程 盖.吕萨克定律
V1 T1 V2 T2
2) 热力学第一定律的具体形式
V2
M
A pdVp(V2V1)RT
V1
M
Q C pT
QpVE
M
E CVT
3) 等压摩尔热容
第9章热力学.ppt
热量(Q) ： 系统之间由于热相互作用而传递的能量。
注意：功和热量都是过程 量，而内能是状态量，通 过做功或传递热量的过程 使系统的状态（内能）发 生变化。
热功当量：
1卡 = 4.186 焦耳
焦耳用于测定热功当 量的实验装置。
9-2-2 热力学第一定律的数学描述
热力学第一定律： 包括热现象在内的能量守恒和转 换定律。
W V2 pdV V1
O VA
dl
VB V
结论：系统所做的功在数值上等于P-V 图上过程曲
线以下的面积。
热力学第一定律 dQ dE PdV
（2）准静态过程中热量的计算
A.根据热力学第一定律计算 dQ dE PdV
B.根据热容量计算
热容量：物体温度升高一度所需要吸收的热量。
C dQ dT
吸收热量：
QV
m M
CV ,m (T2
T1 )
mi M 2 R(T2 T1 )
内能增量：
mi E M 2 R(T2 T1 )
等体过程系统作功： W 0
2 等压过程
等压过程:气体在状态变 化过程中压强保持不变。
p = 恒量 ， dp = 0
热源 Q P
等压过程的热力学第一定律:
O
P
( PA,VA,TA ) ( PC,VC,TC ) ( PB,VB,TB )
V
9-1-3 理想气体状态方程
理想气体：在任何情况下都严格遵守“波-马定 律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。
理想气体状态方程：
PV m RT m气体的总质量
M
M气体的摩尔质量
PV m RT M
标准状态：
热力学第一章
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
1mmHg = ρgh = 133.322Pa
当h变化大，ρ ρ(h)
p(h)gdh
Other Pressure Measurement Devices
工业或一般科研测量：压力传感器
Pressure transducers Piezoelectric effect
U-tube manometer
示意图
Bourdon Tube
绝对压力与相对压力
absolute pressure relative pressure
当 p > pb
Ga表ge压p力respsue re
p pe pb
当 p < pb
真空度 pv
p pb pv
Vacuum pressure
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
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
pe
p
pv
pb
p
环境压力与大气压力
环境压力Environmental pressure
指压力表所处环境
大气压力 Atmospheric pressure
barometric
注意：
环境压力一般为 barometer h
大气压，但不一定。 见例题1－1
大气压力Atmospheric pressure
物理大气压 1atm = 760mmHg
当h变化不大，ρ常数
1mmHg = ρgh = 133.322Pa
当h变化大，ρ ρ(h)
p(h)gdh
Other Pressure Measurement Devices
工业或一般科研测量：压力传感器
Pressure transducers Piezoelectric effect
U-tube manometer
示意图
Bourdon Tube
绝对压力与相对压力
absolute pressure relative pressure
当 p > pb
Ga表ge压p力respsue re
p pe pb
当 p < pb
真空度 pv
p pb pv
Vacuum pressure
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
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
pe
p
pv
pb
p
环境压力与大气压力
环境压力Environmental pressure
指压力表所处环境
大气压力 Atmospheric pressure
barometric
注意：
环境压力一般为 barometer h
大气压，但不一定。 见例题1－1
大气压力Atmospheric pressure
第二章热力学状态图.ppt
关于斜率
CO直线的斜率及其意义
1）斜率是反应的熵变的负值。
2）从统计意义上，物质的熵是物质体系的混乱度 决定的。
3）通常情况下，气态物质的混乱度比凝聚态物质 的混乱度大得多，因此，气态物质的熵值比凝聚 态物质的熵值也大得多。
关于位置
直线的位置的热力学原理
（1）位置越低，标准自由能负值越大，在标准状态下所
特点：
液相完全互溶 固相部分互溶
CaO-MgO相图
3） 有固溶体（化合物）的转溶型二元系
特点：
液相完全互溶 固相部分互溶 在三相线有一转溶 或包晶过程
4）有化合物的二元系（同分熔点化合物）
特点：
有化合物把相图分为 两个（或多个）简单 的共晶体系
同分熔点化合物C： 温度升高至化合物C 的熔点，C才成为同 成分的液体。
高炉冶炼中，矿石 中若含Cu、As、Sn 等有害元素将进入 生铁，给炼钢带来 困难。
在CO线以下区域 元素Al、Ba、Mg、 Ca以及稀土元素等 氧化物不能被C还 原。
在冶炼中它们以 氧化物形式进入炉 渣。
中间区域---CO线与其他线相交
当温度高于交点温 度时，元素C氧化， 低于交点温度时，其 他元素氧化。
2.2.1 冶金中常用的二元系相图及相图的基本定律
相图，又称为物相平衡图 ——是热力学体系平衡时的相关系图，是以几何
图形反映出物质体系的状态与温度、压力及组成 的关系。
热力学平衡： 热平衡、力学平衡、相平衡、化学平衡
化学热力学平衡
热平衡、相平衡、化学平衡
2.2.1 冶金中常用的二元系相图及相图的基本定律
相律
热力学平衡体系中的独立组元数C、相数P 和自由度F 之间
的关系
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p Rd /cpd ） 1000
在埃玛图上，未饱和空气块由初始状态干绝热上升到凝结高度以后，再 沿湿绝热继续上升，当所含水汽全部凝结为水滴降落以后，此时 se 再沿干绝热线下降到原来高度，所对应温度即为所求
⑤ 假湿球温度和假湿球位温：在埃玛图上任一等假相当位温线与
1000hpa的等压线的交点的温度定义为假湿球温度。 假相当位温是从初始状态沿干绝热线上升到凝结高度以后，再按湿绝 热线下降至1000hpa所对应的温度，下降至原来高度时的温度即为假湿球 温度
• 多使用才会熟练 • 多总结才会提高
• 参考资料 课本 中国知网
⑤ 饱和水汽压和实际水汽压：沿状态点A（p, t）的等温线上升，直
到与622hPa等压线相交于D点，则通过D点的饱和比湿线qs的数值就是 A点的饱和水汽压E；沿状态点A（p, td）的等温线上升，直到与 622hPa等压线相交于D点，则通过D点的饱和比湿线qs的数值就是A点 的实际水汽压e。
• 绘制曲线 1、压高曲线
• 优点：简单、直观 • 缺点：误差比公式计算的大 • 热力学图解法适用于：
1）精度要求不高的业务工作；
2）需要获得直观认识的场合 • 公式法适用于理论研究，精度要求高的业务工作。
知识点总结
• 1. T-lnp图的结构 • 2. T-lnp图的应用：点绘层结、状态变化曲线，求温湿特征 量
好的想法
• 面积与能量关系 埃玛图解上的面积表示了循环过程中的单位质量气块做功的 大小。
W pdv RdT - Vdp
W W pdV - Vdp - dp 1
RT - dp R Td（ - lnp） R p
二、 T-lnp图的应用
①位温θ：根据温度和压强找到埃玛图上的点，过该点的干
温度——气压层结曲线
2、层结曲线
露点——气压层结曲线
3、状态曲线
1、压高曲线 将埃玛图解的纵坐标保持不变，横坐标改为位势高度坐标， 方向相反 2、层结曲线 将各高度上的p和T(T )逐一描绘在埃玛图上，连成折线 3、状态曲线 将绝热上升的空气块在不同高度上温度点绘在埃玛图上；连 点所得曲线
d
图解法与公式法的比较
绝热线上的θ值即是
②假相当位温θse：若气块未饱和，首先查找该气块的凝
结高度，然后读取过凝结高度点的湿绝热线上标注的值即 为所求；若饱和，利用温度和气压直接找到过该点的湿绝 热线，其上标注的值即为所求。
③饱和比湿qs和比湿q ：读取通过（p、T）点的等饱和比
湿线和比湿线数值即可。
④假相当温度：假相当温度的定义是 Tse （ se
热力学图解
张敬测
问题引入
• 公式多且复杂 • 计算量较大
一、 T-lnp图的结构
1、坐标系
x T , y ln p
2、基本线条
• 等温线、等压线、等θ线（干绝热线）、
• 等qs线（等饱和比湿线）、等Θse线（湿绝热线）。
• • • •
等温线：平行于纵坐标的一组等间距（黄色）直线。 等压线：平行于横坐标的一组（黄色）直线。 等饱和比湿线：一组近似为直线的（绿色）双曲线。 干绝热线：即等位温线，是一组近似于直线的（黄色）对 数曲线。 • 湿绝热线：一组绿色（虚线）曲线。