第二讲：热力学基本概念1-状态参数和热力学温标
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1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 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 状态参数的微分特征 全微分 3、状态参数的微分特征：全微分
工程热力学
状态和状态参数
状态参数的积分特征
状态参数变化量与路径无关，只与 状态参数变化量与路径无关 只与 初终态有关。 数学上：
容积变化功
简单可压缩系统
C Compression i W Work k
压缩功 膨胀功
Expansion Work
工程热力学
State and state properties
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 量 状态参数：描述热力系状态的物理量 状态参数的特征： 状态参数的特征
如 质量m、容积 V、热力学能 U、焓 H、熵S
比参数： 数
wenku.baidu.com
V v m
比容
U u m
H h m
S s m
比熵
比热力学能 比焓
单位 /kg /kmol 具有强度参数的性质 单位：
工程热力学
强度参数与广延参数
Velocity
高度 温度 速度 （强） （强） （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 热力学能 Internal Energy 摩尔数 （广） Mol
relative pressure p pe pb p pb pv
pv p
工程热力学
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 般为大 环境压力一般为大 气压，但不一定。
物质 （水银，铂电阻） 特性 （体积膨胀，阻值） 体积膨胀 值 温度计 基准点 Reference state 刻度 Scale 温标 Temperature T scale l
工程热力学
温标Temperature scale
热力学温标（绝对温标）Kelvin scale （Britisher, Britisher L. L Kelvin, Kelvin 1824-1907） 摄氏温标Celsius scale ( (Swedish, , A. Celsius, 1701-1744） 华氏温标Fahrenheit F h h it scale l (German, (G , 1686-1736) ) G. Fahrenheit, 朗肯温标Rankine scale (W. Rankine, 1820 1872) 1820-1872)
0
0
Temperature Measurement p Devices
水银温度计thermometer ，酒精温度计， 热电偶 Thermocouple 热电阻 Resistance temperature detector 辐射温度计Radiation thermometer 铂电阻温度计 Platinum 激光全息干涉仪 CARS（相干反斯托克斯喇曼光谱）法
Height
Temperature
应力 （强） Stress
（强）
工程热力学
基本状态参数
Basic state properties
压力 p、温度 温度 T、比容 比容 v （容易测量） 1、压力 p ( p pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2 常用单位Units： 1bar = 105 Pa 1 kPa = 103 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg = 133.3 Pa 9 80665104 Pa 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665
工程热力学
热力系统
2、系统、外界与边界 外界：系统以外的所有物质 surroundings 边界(界面)：系统与外界的分界面 boundary
系统与外界的作用都通过边界
工程热力学
系统及边界示例
• 汽车发动机
工程热力学
热力系统选取的人为性
过热器 锅 炉 汽轮机
只交换功 交换功
发电机 凝 汽 器 给水泵
基本概念： 热力系 热力系的分类 状态参数 热力学温标
工程热力学
既交换功 也交换热 只交换热
工程热力学
边界特性
固定、活动 固定 活动 Fixed Movable 真实、虚构 真实 虚构 Real Imaginary g y
工程热力学
热力系统分类
按系统与外界质量交换 闭口系（closed system）（控制质量CM） —没有质量越过边界 开口系（open system）控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
热力系统其它分类方式
均匀系 物理化学性质 非均匀系 单元系 其它分类方式 工质种类 多元系 相态
工程热力学
单相 多相
Si l compressible Simple ibl system
最重要的系统 只交换热量和 种准静态的容积变化功 只交换热量和一种准静态的容积变化功 Moving Boundary Work
工程热力学
heat reservoir medium, working ki substance b moving boundary work cycle
热力学基本概念
第二讲：热力系、状态参数、热力学温标
工程热力学
热力学基本概念
学习目的
了解热力系的定义；掌握基本状态参数的定义、计 量及不同单位间的换算。
充要条件： Total diff differentials ti l
z z xy yx
2 2
可判断是否 是状态参数
工程热力学
Intensive properties
强度参数与广延参数
如压力 p、温度T
Extensive properties
强度参数 与物质的量无关的参数 强度参数：与物质的量无关的参数 广延参数：与物质的量有关的参数可加性
工程热力学
压力p测量
绝对压力与环境压力的相对值 ——相对压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
U-tube U tube manometer
工程热力学 示意图
Bourdon Tube
absolute pressure 当 p > pb 当 p < pb
绝对压力与相对压力
表压力 pe Gage pressure 真空度 pv Vacuum pressure pe p pb
工程热力学
Basic state properties
压力 p、温度 温度 T、比容 比容 v （容易测量） 3、比容 v
基本状态参数
( specific volume )
V v [m3/kg] m
工质聚集的疏密程度 物理上常用密度density
工程热力学
v
1
[kg/m3]
小 结 Summary
2 2 2
点函数、态函数
1
point function
a b 2
dz d dz d dz z2 z1 d
1
1,a
1,b
dz = 0
工程热力学
状态参数的微分特征 dz是全微分 设 z =z (x , y)
z z dz dx dy x y y x
T 0.5 m w 2
1) 同T , 0.5mw 2 不同，如碳固体和碳蒸气 不同 如碳固体和碳蒸气 2) 0 0.5 5mw 2总0, 0 T 0, 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
工程热力学
S基准
工程热力学
温度的热力学定义
处于同一热平衡状态的各个热力系， 必定有某一宏观特征彼此相同 必定有某 宏观特征彼此相同，用于描述 用于描述 此宏观特征的物理量 温度。 温度是确定一个系统是否与其它系 温度是确定 个系统是否与其它系 统处于热平衡的物理量
工程热力学
Temperature measurement
工程热力学
热力系统分类
按能量交换 绝热系（adiabatic system）— 与外界无热量交换; 孤立系（isolated system）— 与外界无任何形式的质能交换。
注意： 注
1）闭口系与系统内质量不变的区别； 2）开口系与绝热系的关系； ）孤立系与绝热系的关系 3）孤立系与绝热系的关系。
工程热力学
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. R W Fowler in 1931） 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。
温度测量的 理论基础 B 温度计
工程热力学
The Zeroth Law of Thermodynamics 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。
工程热力学
B i state properties Basic i
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量） 2、温度 T
基本状态参数
( Temperature )
工程热力学
温度T 的 的一般定义 般定义
传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量 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
建立 能的 论基 建立节能的理论基础
工程热力学
工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程 质的基本性质与热力 程 3、热功转换设备、工作原理 4、化学热力学基础 化学热力学基础
工程热力学
热力装置共同基本特点
1、热源，冷源 2、工质 3、容积变化功 容积变化功 循环 4、循环
热力系统分类
以系统与外界关系划分： 有 是否传质 是否传热 是否做功 是否传热、功、质
工程热力学
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
开口系 非绝热系 非绝功系 非孤立系
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 蓝线内 ——孤立系 工程热力学
基本要求
掌握热力系统 掌握状态及平衡状态；状态参数及其特性 掌握热力学温标，温标尺度描述 掌握热力学温标 温标尺度描述
工程热力学
热力系统
Thermodynamic system
1、系统的定义 热力系统(热力系、系统)：人为地 system 研究对象 A quantity of matter or a region in space chosen for study
工程热力学
常用温标之间的关系
绝对K 373.15 摄氏℃ 100 水沸点 37.8 273.16 273.15 华氏F 212 发烧 100 32 朗肯R 671.67 559.67 491.67 459.67
0.01水三相点 0 冰熔点 -17.8 -273.15
盐水熔点 0 -459.67
工程热力学
能源转换利用的关系
生物质 风 能 燃料电池 水 能 水车 水轮机 电动机 电 工程热力学 能 化 学 能 燃烧 核 能 裂变 聚变 地 热 能 供暖 太 阳 能 光电转换 光热 转 换
机 械 能 发电机
风车
热 热机
能 90%
上一讲回顾 上 讲回顾
工程热力学
是一门研究热能有效利用及 是 门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
工程热力学
barometer
h
大气压力 At Atmospheric h i pressure
大气压随时间、地点变化 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
If t two b bodies di are i in th thermal l equilibrium with a third body, they are also in thermal equilibrium with each other.
工程热力学
为什么叫做热力学第零定律
热力学第零定律 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 1931年 18401850年 18541855年 1906年 T E S
工程热力学
状态和状态参数
状态参数的积分特征
状态参数变化量与路径无关，只与 状态参数变化量与路径无关 只与 初终态有关。 数学上：
容积变化功
简单可压缩系统
C Compression i W Work k
压缩功 膨胀功
Expansion Work
工程热力学
State and state properties
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 量 状态参数：描述热力系状态的物理量 状态参数的特征： 状态参数的特征
如 质量m、容积 V、热力学能 U、焓 H、熵S
比参数： 数
wenku.baidu.com
V v m
比容
U u m
H h m
S s m
比熵
比热力学能 比焓
单位 /kg /kmol 具有强度参数的性质 单位：
工程热力学
强度参数与广延参数
Velocity
高度 温度 速度 （强） （强） （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 热力学能 Internal Energy 摩尔数 （广） Mol
relative pressure p pe pb p pb pv
pv p
工程热力学
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 般为大 环境压力一般为大 气压，但不一定。
物质 （水银，铂电阻） 特性 （体积膨胀，阻值） 体积膨胀 值 温度计 基准点 Reference state 刻度 Scale 温标 Temperature T scale l
工程热力学
温标Temperature scale
热力学温标（绝对温标）Kelvin scale （Britisher, Britisher L. L Kelvin, Kelvin 1824-1907） 摄氏温标Celsius scale ( (Swedish, , A. Celsius, 1701-1744） 华氏温标Fahrenheit F h h it scale l (German, (G , 1686-1736) ) G. Fahrenheit, 朗肯温标Rankine scale (W. Rankine, 1820 1872) 1820-1872)
0
0
Temperature Measurement p Devices
水银温度计thermometer ，酒精温度计， 热电偶 Thermocouple 热电阻 Resistance temperature detector 辐射温度计Radiation thermometer 铂电阻温度计 Platinum 激光全息干涉仪 CARS（相干反斯托克斯喇曼光谱）法
Height
Temperature
应力 （强） Stress
（强）
工程热力学
基本状态参数
Basic state properties
压力 p、温度 温度 T、比容 比容 v （容易测量） 1、压力 p ( p pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2 常用单位Units： 1bar = 105 Pa 1 kPa = 103 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg = 133.3 Pa 9 80665104 Pa 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665
工程热力学
热力系统
2、系统、外界与边界 外界：系统以外的所有物质 surroundings 边界(界面)：系统与外界的分界面 boundary
系统与外界的作用都通过边界
工程热力学
系统及边界示例
• 汽车发动机
工程热力学
热力系统选取的人为性
过热器 锅 炉 汽轮机
只交换功 交换功
发电机 凝 汽 器 给水泵
基本概念： 热力系 热力系的分类 状态参数 热力学温标
工程热力学
既交换功 也交换热 只交换热
工程热力学
边界特性
固定、活动 固定 活动 Fixed Movable 真实、虚构 真实 虚构 Real Imaginary g y
工程热力学
热力系统分类
按系统与外界质量交换 闭口系（closed system）（控制质量CM） —没有质量越过边界 开口系（open system）控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
热力系统其它分类方式
均匀系 物理化学性质 非均匀系 单元系 其它分类方式 工质种类 多元系 相态
工程热力学
单相 多相
Si l compressible Simple ibl system
最重要的系统 只交换热量和 种准静态的容积变化功 只交换热量和一种准静态的容积变化功 Moving Boundary Work
工程热力学
heat reservoir medium, working ki substance b moving boundary work cycle
热力学基本概念
第二讲：热力系、状态参数、热力学温标
工程热力学
热力学基本概念
学习目的
了解热力系的定义；掌握基本状态参数的定义、计 量及不同单位间的换算。
充要条件： Total diff differentials ti l
z z xy yx
2 2
可判断是否 是状态参数
工程热力学
Intensive properties
强度参数与广延参数
如压力 p、温度T
Extensive properties
强度参数 与物质的量无关的参数 强度参数：与物质的量无关的参数 广延参数：与物质的量有关的参数可加性
工程热力学
压力p测量
绝对压力与环境压力的相对值 ——相对压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
U-tube U tube manometer
工程热力学 示意图
Bourdon Tube
absolute pressure 当 p > pb 当 p < pb
绝对压力与相对压力
表压力 pe Gage pressure 真空度 pv Vacuum pressure pe p pb
工程热力学
Basic state properties
压力 p、温度 温度 T、比容 比容 v （容易测量） 3、比容 v
基本状态参数
( specific volume )
V v [m3/kg] m
工质聚集的疏密程度 物理上常用密度density
工程热力学
v
1
[kg/m3]
小 结 Summary
2 2 2
点函数、态函数
1
point function
a b 2
dz d dz d dz z2 z1 d
1
1,a
1,b
dz = 0
工程热力学
状态参数的微分特征 dz是全微分 设 z =z (x , y)
z z dz dx dy x y y x
T 0.5 m w 2
1) 同T , 0.5mw 2 不同，如碳固体和碳蒸气 不同 如碳固体和碳蒸气 2) 0 0.5 5mw 2总0, 0 T 0, 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
工程热力学
S基准
工程热力学
温度的热力学定义
处于同一热平衡状态的各个热力系， 必定有某一宏观特征彼此相同 必定有某 宏观特征彼此相同，用于描述 用于描述 此宏观特征的物理量 温度。 温度是确定一个系统是否与其它系 温度是确定 个系统是否与其它系 统处于热平衡的物理量
工程热力学
Temperature measurement
工程热力学
热力系统分类
按能量交换 绝热系（adiabatic system）— 与外界无热量交换; 孤立系（isolated system）— 与外界无任何形式的质能交换。
注意： 注
1）闭口系与系统内质量不变的区别； 2）开口系与绝热系的关系； ）孤立系与绝热系的关系 3）孤立系与绝热系的关系。
工程热力学
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. R W Fowler in 1931） 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。
温度测量的 理论基础 B 温度计
工程热力学
The Zeroth Law of Thermodynamics 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。
工程热力学
B i state properties Basic i
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量） 2、温度 T
基本状态参数
( Temperature )
工程热力学
温度T 的 的一般定义 般定义
传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量 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
建立 能的 论基 建立节能的理论基础
工程热力学
工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程 质的基本性质与热力 程 3、热功转换设备、工作原理 4、化学热力学基础 化学热力学基础
工程热力学
热力装置共同基本特点
1、热源，冷源 2、工质 3、容积变化功 容积变化功 循环 4、循环
热力系统分类
以系统与外界关系划分： 有 是否传质 是否传热 是否做功 是否传热、功、质
工程热力学
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
开口系 非绝热系 非绝功系 非孤立系
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 蓝线内 ——孤立系 工程热力学
基本要求
掌握热力系统 掌握状态及平衡状态；状态参数及其特性 掌握热力学温标，温标尺度描述 掌握热力学温标 温标尺度描述
工程热力学
热力系统
Thermodynamic system
1、系统的定义 热力系统(热力系、系统)：人为地 system 研究对象 A quantity of matter or a region in space chosen for study
工程热力学
常用温标之间的关系
绝对K 373.15 摄氏℃ 100 水沸点 37.8 273.16 273.15 华氏F 212 发烧 100 32 朗肯R 671.67 559.67 491.67 459.67
0.01水三相点 0 冰熔点 -17.8 -273.15
盐水熔点 0 -459.67
工程热力学
能源转换利用的关系
生物质 风 能 燃料电池 水 能 水车 水轮机 电动机 电 工程热力学 能 化 学 能 燃烧 核 能 裂变 聚变 地 热 能 供暖 太 阳 能 光电转换 光热 转 换
机 械 能 发电机
风车
热 热机
能 90%
上一讲回顾 上 讲回顾
工程热力学
是一门研究热能有效利用及 是 门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
工程热力学
barometer
h
大气压力 At Atmospheric h i pressure
大气压随时间、地点变化 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
If t two b bodies di are i in th thermal l equilibrium with a third body, they are also in thermal equilibrium with each other.
工程热力学
为什么叫做热力学第零定律
热力学第零定律 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 1931年 18401850年 18541855年 1906年 T E S