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2024《化学热力学基础》PPT课件
《化学热力学基础》PPT课件目录CONTENCT •引言•热力学基本概念与定律•热化学与化学反应的热效应•熵与熵增原理•自由能与化学平衡•相平衡与相图•结论与展望01引言化学热力学的定义与重要性定义化学热力学是研究化学变化过程中热量和功的相互转化以及有关热力学函数的科学。
重要性化学热力学是化学、化工、材料、能源等领域的重要基础，对于理解化学反应的本质、优化化学反应条件、开发新能源等具有重要意义。
化学热力学的发展历史早期发展19世纪初，随着工业革命的发展，热力学理论开始形成，并逐步应用于化学领域。
经典热力学建立19世纪中叶，经典热力学理论建立，包括热力学第一定律、热力学第二定律等基本定律被提出。
现代热力学发展20世纪以来，随着量子力学、统计力学等理论的发展，化学热力学在微观层面上的研究取得了重要进展。
课程目标与学习内容课程目标掌握化学热力学的基本概念、基本原理和基本方法，能够运用热力学知识分析和解决实际问题。
学习内容包括热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、化学平衡、相平衡、化学反应热力学等。
通过学习，学生将了解热力学在化学领域的应用，培养分析和解决化学问题的能力。
02热力学基本概念与定律80%80%100%系统与环境系统是指我们研究对象的那一部分物质或空间，具有明确的边界。
环境是指与系统发生相互作用的其他部分，是系统存在和发展的外部条件。
系统与环境之间通过物质和能量的交换而相互影响。
系统的定义环境的定义系统与环境的相互作用状态是系统中所有宏观物理性质的集合，用于描述系统的状况。
状态的概念状态函数的定义常见状态函数状态函数是描述系统状态的物理量，其值只取决于系统的始态和终态，与路径无关。
温度、压力、体积、内能等。
030201状态与状态函数热力学第一定律热力学第一定律的表述热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
热力学第一定律的数学表达式ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示外界对系统所做的功。
热学基础知识
热学基础知识 一、物态变化一、温度 （一）温度：1． 温度：温度是用来表示物体冷热程度的物理量； 注：热的物体我们说它的温度高，冷的物体我们说它的温度低，若两个物体冷热程度一样，它们的温度亦相同；我们凭感觉判断物体的冷热程度一般不可靠； 2、摄氏温度：（1）温度常用的单位是摄氏度，用符号“C ”表示； （2）摄氏温度的规定：把一个大气压下，冰水混合物的温度规定为0℃；把一个标准大气压下沸水的温度规定为100℃；然后把0℃和100℃之间分成100等份，每一等份代表1℃。
（3）摄氏温度的读法：如“5℃”读作“5摄氏度”；“－20℃”读作“零下20摄氏度”或“负20摄氏度” （二）温度计1、常用的温度计是利用液体的热胀冷缩的原理制造的；2、 温度计的构成：玻璃泡、均匀的玻璃管、玻璃泡总装适量的液体（如酒精、煤油或水银）、刻度；3、 温度计的使用：（1）使用前要：观察温度计的量程、分度值（每个小刻度表示多少温度），并估测液体的温度，不能超过温度计的量程（否则会损坏温度计）（2）测量时，要将温度计的玻璃泡与被测液体充分接触，不能紧靠容器壁和容器底部；（3）读数时，玻璃泡不能离开被测液、要待温度计的示数稳定后读数，且视线要与温度计中夜柱的上表面相平。
（三）体温计：1、 用途：专门用来测量人体温的；2、 测量范围：35℃～42℃；分度值为0.1℃；3、 体温计读数时可以离开人体；4、 体温计的特殊构成：玻璃泡和直的玻璃管之间有极细的、弯的细管（缩口）； 二、熔化和凝固（一）.物态变化：物质在固、液、气三种状态之间的变化；固态、液态、气态在一定条件下可以相互转化。
物质以什么状态存在跟物体的温度有关。
（二）熔化和凝固：物质从固态变为液态叫熔化；从液态变为固态叫凝固。
1、 物质熔化时要吸热；凝固时要放热；2、 熔化和凝固是可逆的两物态变化过程；3、 固体可分为晶体和非晶体；（1）晶体：熔化时有固定温度（熔点）的物质；非晶体：熔化时没有固定温度的物质；（2）晶体和非晶体的根本区别是：晶体有熔点（熔化时温度不变继续吸热），非晶体没有熔点（熔化时温度升高，继续吸热）；（熔点：晶体熔化时的温度）； 4、晶体熔化的特点：吸热，温度保持不变。
热工基础课件及答案讲解(PPT文档)
问题: 能量是否还有其它的传递方式?
33
观察下面的过程,看热能是如何转换为功的
气缸
活塞
飞轮
热 源
工质、机器和热源组成的系统
假设过程是可逆的。 问题：过程可逆的条件是什么？
34
气缸
可逆过程模拟
活塞
飞轮
热 源
左止点
p
1
v
35
气缸
活塞
续4飞1 轮
热 源
左止点
p
1
2
v
36
气缸
热 源
左止点
p
1
续4飞1 轮
第二章 热力学第一定律
教学目标：使学生深入理解并熟练掌握热力学第一定律 的内容和实质，能将工程实际问题建立热力学模型。 知识点：理解和掌握热力学第一定律基本表达式——基 本能量方程；理解和掌握闭口系、开口系和稳定流动能 量方程及其常用的简化形式；掌握能量方程的内在联系 与共性，热变功的实质。 能力点：培养学生正确、灵活运用基本能量方程，对工 程实际中的有关问题进行简化和建立模型的能力。培养 学生结合系统的特点推导出闭口系、开口系及稳定流动 过程能量方程的逻辑思维能力和演绎思维能力。 1
?进入系统的能量qdvpde???2??111cvdeiwdvpde?22?离开系统的能量?控制容积系统储存能量的增加量57cvidewdvpdeqdvpde??????222111??icvwdvpdedvpdedeq????????111222进入系统的能量离开系统的能量系统储存能量的增加量pvuhgzcuemvvmeef???????212?58iffcvwmgzchmgzchdeq????????????????????????????112112222222此式为开口系能量方程的一般表达式????????????????2f2f?进出系统的工质有若干股则方程为
33
观察下面的过程,看热能是如何转换为功的
气缸
活塞
飞轮
热 源
工质、机器和热源组成的系统
假设过程是可逆的。 问题：过程可逆的条件是什么？
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气缸
可逆过程模拟
活塞
飞轮
热 源
左止点
p
1
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气缸
活塞
续4飞1 轮
热 源
左止点
p
1
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v
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气缸
热 源
左止点
p
1
续4飞1 轮
第二章 热力学第一定律
教学目标：使学生深入理解并熟练掌握热力学第一定律 的内容和实质，能将工程实际问题建立热力学模型。 知识点：理解和掌握热力学第一定律基本表达式——基 本能量方程；理解和掌握闭口系、开口系和稳定流动能 量方程及其常用的简化形式；掌握能量方程的内在联系 与共性，热变功的实质。 能力点：培养学生正确、灵活运用基本能量方程，对工 程实际中的有关问题进行简化和建立模型的能力。培养 学生结合系统的特点推导出闭口系、开口系及稳定流动 过程能量方程的逻辑思维能力和演绎思维能力。 1
?进入系统的能量qdvpde???2??111cvdeiwdvpde?22?离开系统的能量?控制容积系统储存能量的增加量57cvidewdvpdeqdvpde??????222111??icvwdvpdedvpdedeq????????111222进入系统的能量离开系统的能量系统储存能量的增加量pvuhgzcuemvvmeef???????212?58iffcvwmgzchmgzchdeq????????????????????????????112112222222此式为开口系能量方程的一般表达式????????????????2f2f?进出系统的工质有若干股则方程为
1.2工程热力学基础知识
热力学相关的能量的总和. 热力学相关的能量的总和.
真空
真空
p1 V1
p2 V2
绝热系A
绝热系A
上面图示中的闭口绝热系A 上面图示中的闭口绝热系A中的黄色方块是一团 气体,它从状态1变化到状态2 气体,它从状态1变化到状态2,很显然,按照理 想气体状态方程进行分析,由于气体膨胀对外做 功,我们会得到u 功,我们会得到u1<u2的结论,但是根据能量守恒 定律,工质与外界无能量交换,因此工质的能量 总和应当不变,再经过进一步分析,我们会得到 u1+p1V1=u2+p2V2 即H1=H2的结论.
二,热力学第一定律及其应用
热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热力学 领域中的应用,由于热力学领域总是把某一系统 作为研究对象,所以强调的是系统和外部环境的 总的能量守恒. 在对单一热力系统进行分析的时候,系统本身能 量变化 ,系统与外界的功交换 量变化E,系统与外界的功交换W,系统与外 界的热交换 界的热交换Q,还有涉及物质进出系统带来和带 出的能量 出的能量e之间满足下列关系:
(五)热力过程
热力过程: 热力过程:系统从一个状态变化到另外一个状态 的时候经历的所有的中间状态的集合称为热力过 程,简称过程.如果系统经历一系列过程最终又 回到初始状态,则说这些过程构成一个热力循环 回到初始状态,则说这些过程构成一个热力循环. 热力循环. 准静态过程:在一个热力过程中,初始状态和最 准静态过程:在一个热力过程中,初始状态和最 终状态都是平衡态,从初始状态变化到最终状态 说明了原有平衡被打破,然后经历一些列变化最 说明了原有平衡被打破,然后经历一些列变化最 后形成了新的平衡.这个变化不会是一瞬间完成 后形成了新的平衡.这个变化不会是一瞬间完成 的,因此意味着在这两个状态之间,系统经历了 一些列连续的,依次相差为无穷小的平衡状态, 一些列连续的,依次相差为无穷小的平衡状态, 这个过程称为准静态过程.例如系统原来的状态 用参数表示为(A,B,C,D,E,F),最终状态表示为 用参数表示为(A,B,C,D,E,F),最终状态表示为 (A',B',C',D',E',F'),如果该过程是准静态过程, ,B',C',D',E',F' 那么6 那么6个参数的变化全部是连续的,如果表示在状 态参数坐标图上,有关6 态参数坐标图上,有关6个参数的曲线全部应当是 连续的.
热力学第一定律 能量守恒定律 课件 (共22张PPT)
规律方法——应用能量守恒定律的思路方法(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式．(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点：①哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．②哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
高中物理专题14热学总复习课件
pA
3
②
T2=540K时，水银高度差为15.2cm
(2)从T0=300k升到T，体积为V0，压强为pA，等压过程
T=
V 0T 0 V A1
=
V0 300
2 3
V
0
=450K
③
T1=400K＜450K，pA1=pA=p0，水银柱的高度差为0
从T=450K升高到T2=540K为等容过程
p A = p A2
(2010·广东)图1422是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩 气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J， 缸内气体的() A．温度升高，内能增加600J B．温度升高，内能减少200J C．温度降低，内能增加600J D．温度降低，内能减少200J
图1422
由能量守恒，△E=Q+W=-200J+800J=600J，内能 增加600J，则温度一定升高．
分子动理论问题
(2010 湖 北 武 汉 模 拟 ) 已 知 地 球 的 半 径 为 6.4× 103km，水的摩尔质量为1.8×10-2 kg/mol，阿伏加德罗 常数为6.02×1023 mol，设想将1kg水均匀地分布在地球 表面，估算1cm2的地球表面上分布的水分子数目约为 () A．7×103个 B．7×103个 C．7×1010个 D． 7× 1012个
图 14-1-1
分子间距等于r0时分子势能最小，即r1=r2.当r小于r1时 分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为 斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，A错BC对．在r 由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功分子势能减小， D错误．
气体状态与内能的变化
用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A 中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如 图1421①)．现把隔板抽去，A中的气体自
热力学基础知识及常用计算
34320 5614 16800 38700 12900 9460
43840 5100 20880 33420 11220 9540
36960 4474 20220 31920 10500 9140
平均单耗 213.91
306036
327590
312020
302859
297136
291014
合计 108821 40920 73123 84630 138450 21940 90315 36900 33250 80524 93200 39444 204560 51917 222400 31821 148800 217200 74760 43680 1836655
23550
21300
3767
3750
3368
15510
15450
13920
6300
6300
5610
5980
5940
5300
15138
14915
12601
16640
16520
15120
3月-4月 18030 6600 17469 13620 23820 3580 14850 5880 4840 12499 15120
备的散热量，供热用户采暖设备的散热量等于供热系统的供热量。即
Q1 Q2 Q3
第二部分 供热水耗、电耗、热耗 计算及说明
指标计算是指标分析的基础，指标分析是指标管控的有效手段，指标的 科学管控直接影响公司效益。
一、生产指标计算
主要内容
1.生产指标计 算的基础公
式
2.热耗分析中 常见的概念、
术语
对于确定的散热器a、b、c为定值， 可见对流散热器散热量Q2影响因素有 散热器的平均传热温差Δt和热水的质 量流量qm。
大学物理热学完整ppt课件
大学物理热学完整ppt课件
contents
目录
• 热学基本概念与原理 • 气体动理论与统计规律 • 热传导、对流与辐射传热方式 • 相变与相平衡原理及应用 • 热力学循环与制冷技术基础 • 热学实验方法与技巧分享
01
热学基本概念与原理
温度与热量定义
温度
表示物体冷热程度的物理量，是物体 分子热运动的平均动能的标志。
气体分子运动论的假设
01
分子是不断运动的，分子间存在相互作用力，分子间碰撞是弹
性的。
气体分子的热运动
02
描述气体分子的热运动特征，如分子的平均速率、方均根速率
等。
气体分子的速率分布
03
介绍气体分子速率分布函数的物理意义，以及麦克斯韦速率分
布律的内容和应用。
气体分子碰撞与能量交换
气体分子的碰撞
分析气体分子间的碰撞过程，包括弹性碰撞和 非弹性碰撞。
数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收 的热量，W表示外界对系统做的功。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，有dS>(dQ/T)，其中S表示熵 ，T表示热力学温度。
利用统计规律研究气体分子的热 运动特征、速率分布、碰撞频率 等问题。
03
统计规律与热力学 第二定律的关系
探讨统计规律与热力学第二定律 之间的联系和区别，以及它们在 描述自然现象方面的互补性。
03
热传导、对流与辐射传热 方式
contents
目录
• 热学基本概念与原理 • 气体动理论与统计规律 • 热传导、对流与辐射传热方式 • 相变与相平衡原理及应用 • 热力学循环与制冷技术基础 • 热学实验方法与技巧分享
01
热学基本概念与原理
温度与热量定义
温度
表示物体冷热程度的物理量，是物体 分子热运动的平均动能的标志。
气体分子运动论的假设
01
分子是不断运动的，分子间存在相互作用力，分子间碰撞是弹
性的。
气体分子的热运动
02
描述气体分子的热运动特征，如分子的平均速率、方均根速率
等。
气体分子的速率分布
03
介绍气体分子速率分布函数的物理意义，以及麦克斯韦速率分
布律的内容和应用。
气体分子碰撞与能量交换
气体分子的碰撞
分析气体分子间的碰撞过程，包括弹性碰撞和 非弹性碰撞。
数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收 的热量，W表示外界对系统做的功。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，有dS>(dQ/T)，其中S表示熵 ，T表示热力学温度。
利用统计规律研究气体分子的热 运动特征、速率分布、碰撞频率 等问题。
03
统计规律与热力学 第二定律的关系
探讨统计规律与热力学第二定律 之间的联系和区别，以及它们在 描述自然现象方面的互补性。
03
热传导、对流与辐射传热 方式
chapter3化学热力学基础讲解
例： 在大气中的反应均为等压反应。 根据热力学第一定律：ΔU = Q + W 在等温等压，W = -pΔV
ΔU = Qp- pΔV 移项展开得： Qp=(U2+P2V2)-(U1+P1V1) 令 H=U+PV 引入一个新的状态函数H，称为焓 则 ΔH =H2-H1= Qp ΔH称为焓变 结论：在等温等压，不作非体积功的过程中，反应 吸收的热全部用来增加系统的焓。
= 1364 kJ
2018/10/24
27
小结
热力学第一定律： ΔU =Q+W
在等温等容，不作非体积功的封闭系统中：ΔU=Qv 在等温等压，不作非体积功的封闭系统中：ΔH=Qp ΔH 与ΔU的关系： ΔH =ΔU + p外ΔV ΔH 与ΔU的近似换算式：（有气体参与的反应） ΔH =ΔU + n RT
系统对环境做功，功取负值（W<0，系统能量降低）
2018/10/24
14
热力学能
热力学能 即内能，它是系统内部各种形式能量的总和，用
符号U表示，单位J或kJ ，包括系统中分子的平动能、转动
能、振动能、电子运动和原子核内的能量以及系统内部分子 与分子间的相互作用的位能等。 在实际化学过程中，U的绝对值不可能得到!!!!!
例如： 反应 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 反应过程中有1mol N2和3molH2完全反应生成2molNH3。 反应进度变化以N2的物质的量改变量来计算: (0 1) ＝ 1mol
1
以H2的物质的量改变量来计算:
(0 3) ＝ 1mol 3
以NH3的物质的量改变量来计算:
2018/10/24
热力学基础知识
第六章 热力学基础
2. 定压摩尔热容
(d Q) P CP M dT M mol
3. 理想气体的 CV 以及 CP 与 CV 的关系
对于理想气体，其内能为
E M i RT M mol 2
所以
(d Q)V dE i CV R M M dT dT 2 M mol M mol
第六章 热力学基础
一. 热容
很多情况下，系统与外界之间的热传递会引起系统本身温 度变化。温度的变化与所传递的热量的关系用热容量来表示。 热容量：在一定的过程中，系统温度升高一度所吸收的热量 称为该物体在给定过程中的热容量。
c dQ dT
比热：
当系统的质量为单位质量时，其热容量称为比热， 用小写 c 表示，单位 Jkg-1k-1。 摩尔热容：当系统的质量为 1 摩尔时，其热容量称为摩尔热容， 用大写 C 表示，单位 Jmol-1k-1。
吸热：
多方过程的摩尔热容：
Cn
Q E A
(d Q) n d E P dV P dV CV M M M dT dT dT M mol M mol M mol
多方过程方程两边求导，可得
nP dV V dP 0
P dV V dP M R dT M mol
气态方程两边求导，可得
等压过程 等温过程 绝热过程 等体过程
(P1/nV = 常数)
第六章 热力学基础
例. P216 例题 6-2
解：从状态 1 绝热膨胀到状态 2，根据绝热过程方程，有
T1 V1 1 T2 V2 1
可得
V1 1 T2 T1 ( ) V2
绝热过程 Q=0，由热一定律
M M 5 V1 1 A E CV (T1 T2 ) RT1 (1 1 ) 941 J M mol M mol 2 V2
传热学第一章 热量传递的基本方式ppt课件
爆破学、工厂、物业、商厦与地面建筑的灾害防治技术、通风 与空气调节 、安全管理学等专业知识，这些都与传热相关。
*
太原理工大学
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主要体现在以下几个方面
Thermal
➢ 温度场的测算和换热量的计算； ➢ 环境变化对温度场的影响；
➢ 极限温度的控制：为使一些设备能安全经济地运 行，需要对热量传递过程中物体关键部位的温度进 行控制。
*
太原理工大学
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（2）对流换热的分类
• 无相变：强制对流和自然对流换热
Thermal
• 有相变：沸腾、凝结、凝固、熔化等。
自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流 体的流动。 如：暖气片表面附近受热空气的向上流动 强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其它压差 作用所造成的。 如油冷却器、空气预热器等。
两黑体表面间的辐射换热
*
太原理工大学
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（6）总 结
Thermal
在实际问题中，这三种热量传递方式往往不是单独 出现的，这不仅表现在互相串联的几个环节中，而 且同一个环节也常常如此。例如: 一块高温钢板在厂 房中的冷却散热。
*
太原理工大学
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（2）辐射换热的特点
Thermal
• 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空 间发出热辐射（热辐射是物体本身的属性，等温时为 动态平衡）；
• 可以在真空中传播，不需要中间介质，而且在真空中 辐射能的传递最有效；
• 不仅有能量的转移，而且还伴随有能量形式的转换；
Thermal
§1-1 传热学的研究对象及其在安全工程 技术中的应用
一、研究对象及内容
研究由温差引起的热量传递规律的科学，具体来讲主要有 热量传递的机理、规律、计算和测试方法，其内容包括：
*
太原理工大学
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主要体现在以下几个方面
Thermal
➢ 温度场的测算和换热量的计算； ➢ 环境变化对温度场的影响；
➢ 极限温度的控制：为使一些设备能安全经济地运 行，需要对热量传递过程中物体关键部位的温度进 行控制。
*
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（2）对流换热的分类
• 无相变：强制对流和自然对流换热
Thermal
• 有相变：沸腾、凝结、凝固、熔化等。
自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流 体的流动。 如：暖气片表面附近受热空气的向上流动 强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其它压差 作用所造成的。 如油冷却器、空气预热器等。
两黑体表面间的辐射换热
*
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（6）总 结
Thermal
在实际问题中，这三种热量传递方式往往不是单独 出现的，这不仅表现在互相串联的几个环节中，而 且同一个环节也常常如此。例如: 一块高温钢板在厂 房中的冷却散热。
*
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（2）辐射换热的特点
Thermal
• 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空 间发出热辐射（热辐射是物体本身的属性，等温时为 动态平衡）；
• 可以在真空中传播，不需要中间介质，而且在真空中 辐射能的传递最有效；
• 不仅有能量的转移，而且还伴随有能量形式的转换；
Thermal
§1-1 传热学的研究对象及其在安全工程 技术中的应用
一、研究对象及内容
研究由温差引起的热量传递规律的科学，具体来讲主要有 热量传递的机理、规律、计算和测试方法，其内容包括：
热学基础知识资料
V2
举例：几种特殊热力学过程的功的计算
p
1
A
V2
V1
pdV
2
等容过程：
A等容 = 0
等压过程： A等压 = p(V2-V1)
0
3
V
理想气体等温过程：
A等温 pdV V
1
V3
V3
RT
V1
V3 dV RT ln V1 V
pV RT
四. 热量
系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换， 热量传递 也可以改变系统的状态。 传热过程中所传递的能量的多少叫热量，以Q(或 Q )表示， 热量传递的方向用Q的符号表示。 > 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。
n个方程相加得：
( p1 p2 pn )V (v1 v2 vn ) RT
道尔顿分压定理
n n
令
p pi v vi
1 1
pV vRT
形式不变
§6.3 热力学第一定律
一. 准静态过程 一个热力学系统处于平衡态(即静态)，可用状态参 量P、T、V来定量地加以描述。 当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历一 个热力学过程，简称过程。 u 例：推进活塞压缩汽缸内的气体时， 气体的体积、密度、温度、压强都 将变化，在过程中的任意时刻，气 体各部分的密度、压强、温度都不 完全相同。因而，原则上讲，任意时刻，系统作为一个整体， 无法用统一的状态参量来描述其状态. 一个过程，如果任意时刻的中间态都无限接近于一个 平衡态，则此过程为准静态过程。显然，这种过程只 有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的条件下才可能实现。
§6.1 热学基础知识概述 热学：包括热力学（宏观）和统计物理（微观） 一. 热现象
中考物理一轮复习第25课时内容综合专题：热学计算基础知识梳理课件
(3)汽油机的效率。(q汽油＝4.6× 107 J/kg)
3.192×105 J J/（kg·℃）× 3.8
kg＝20
℃，
水升高温度：t 水＝t0 水＋Δt 水＝25℃＋20℃＝45℃。
02 福建4年中考聚焦
1
2
3
1．【2018·福建·2分】合理分类和利用垃圾可以变废为宝。 在一定条件下,1 t垃圾能“榨”出170 kg燃料油,若燃料油的 热值为4.0× 107 J/kg,则这些燃料油完全燃烧释放出的热 量 为 ________6_.8_×_J 1, 燃09 烧 时 燃 料 油 的 化 学 能 转 化 为 ______内__能。
(1)汽车牵引力做功的功率为多少？
解：(1)因为汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力
和阻力是一对平衡力，所以，此过程中汽车牵引力做的功：
W＝ Fs＝ fs＝ 400 N×1.2×103 m＝ 4.8×105 J，
汽车牵引力做功的功率：
P＝
Wt ＝
4.8× 105 40 s
J＝
1.2×104 W。
【典例5】已知天然气的热值为3.8× 107 J/m3,水的比热容为 4.2× 103 J/(kg·℃)。求：
(1)完全燃烧1.4× 10－2 m3天然气放出多少热量？
解：(1)天然气放出的热量： Q放气＝V气q气＝1.4× 10－2 m3× 3.8× 107 J/m3＝ 5.32× 105 J。
类型2 利用燃料完全燃烧放出热量的公式进行计算 【解题技巧】
①燃料完全燃烧释放出的热量公式为： Q放＝mq。 ②气体燃料完全燃烧释放出的热量公式也可为： Q放＝
qV。 说明： ①中的公式对固体、液体、气体均适用。 ②只对气体适用。
热力学基础
汽液平衡，饱和压力、饱和温度
2、定压加热汽化过程
五种状态；
干度；
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
● 饱和状态 (Saturated state) 当汽化速度 = 液化速度时，宏观上气、液两相保持 一定的相对数量，系统处于动态平衡—饱和状态。
◇ 饱和温度，ts (Ts) —饱和状态的温度
◇ 饱和压力，ps— 饱和状态的压力
t=ts
t>ts
干度（dryness）
定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用x表示。
干度x＝
湿蒸汽中含干蒸汽的质量 湿蒸汽的总质量
x m汽 m汽 m液
饱和水
x＝0
湿饱和蒸汽 0<x<1
干饱和蒸汽 x＝1
● 湿度 y=1–x 表示湿蒸汽中饱和水的含量。
第五节 水蒸气
• 预热阶段：未饱和水区
• 气化阶段：饱和水区（湿蒸汽区）
• 准平衡过程 特点：自动恢复；实线示图；
• 可逆过程 特点：准平衡过程+ 无能量耗散； 实际过程均为不可逆过程；
★ 可逆过程熵的变化： 系统吸热 q 0, ds 0 熵增； 系统放热 q 0, ds 0 熵减； 绝热过程 q 0, ds 0 熵不变。
(可逆绝热过程）
可逆绝热过程又称等熵过程。
（表明与实际气体的区别）
（2) 状态方程式：
pv= RgT 2、理想气体的比热
定义：单位物量的工质，温度升高或降低一度所吸收 的热量。
c = (δq/dT)
注意：三种不同单位。
第三节 理想气体
3、定容比热、定压比热：
cv= (∂u/∂T)v = du/dT (理想气体)
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电功： dA IUdt Udq
无摩擦准静态过程，其特点是没有摩擦力，外界在准静态过 程中对系统做的功，可以用系统本身的状态参量来表示。 外界在准静态过程中对系统做的功等于系统对外界做的功的负值
设气缸内的气体进行膨胀过程，当活塞移动微小ห้องสมุดไป่ตู้移dl 时，气
体对外界所作的元功为（系统对外作功为正） V是系统体积
dA
pS
dl
pdV
系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功
为：
V2
面积
A pdV 体积功 V1
p
pe
形状不规则的容器（例如充气袋）中的气体作功呢？
p1
a
b
功的数值不仅与初态和末态有关，而且还 依赖于所经历的中间状态，功与过程的路 2 径有关。
功是过程量
0
V1
V V2
求准静态过程的功，即 为求虚线部分的面积
无法用统一的状态参量来描述其状态.
一个过程，如果任意时刻的中间态都无限接近于一个
平衡态，则此过程为准静态过程。显然，这种过程只 有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的条件下才可能实现。
对于实际过程则要求系统状态发生变化的时间 △t 远远大于弛豫时间τ才可近似看作准静态过程 。
举例1：外界对系统做功
非平衡态到平衡态的过渡时间，
RT
vi RT
(i 1,2, , n)
n
其中，M mi为n种理想气体的总质量
1
pi 为第i种理想气体单独存在时的压强
n个方程相加得：
( p1 p2 pn )V (v1 v2 vn )RT
n
n
令 p pi v vi
1
1
道尔顿分压定理
pV vRT
形式不变
§6.3 热力学第一定律
三. 宏观量与微观量
宏观量：压强、温度、体积、内能等； 微观量：单个分子的质量、速度、能量等。
四. 气体的状态参量 P、V、T等
五. 平衡态 热动平衡
热的本质是热运动
连接两个平衡态之间的过程称为弛豫过程
§6.2 理想气体的状态方程 理想气体的微观模型
分子本身的线度，比起分子之间的距离来说 可以忽略不计。可看作无体积大小的质点。
一. 准静态过程
一个热力学系统处于平衡态(即静态)，可用状态参 量P、T、V来定量地加以描述。
当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历一 个热力学过程，简称过程。
例：推进活塞压缩汽缸内的气体时，
u
气体的体积、密度、温度、压强都
将变化，在过程中的任意时刻，气
体各部分的密度、压强、温度都不
完全相同。因而，原则上讲，任意时刻，系统作为一个整体，
传热过程中所传递的能量的多少叫热量，以Q(或 Q)表示，
热量传递的方向用Q的符号表示。
微小热量 ：
dQ
> 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。
总热量：
(2)
Q dQ
(1)
积分与过程有关 。
五、 热力学第一定律
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 A，
系统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
Q
E2
E1
A
E2
E1
V2 V1
pdV
积分形式
热力学第一定律: 某一过程中，系统从外界吸收的
第二部分 热 学
第6章 热力学基础知识 第7章 气体动理论(气体分子运动论)
第6章 热力学基础知识
§6.1 热学基础知识概述
§6.2 理想气体的状态方程 §6.3 热力学第一定律
§6.4 理想气体的内能 摩尔定容热容和摩尔定压热容
§6.5 理想气体典型准静态过程中功、热及内能之间的关系 （即热力学第一定律的具体应用）
参量P、V、T等表示
例如理想气体的内能：
E
i 2
RT
注意这种写法，并不 是说内能为一过程量
内能的增量
(2)
E12 (1) dE E2 E1
只与初、末态有关，与过程无关。
三. (无摩擦)准静态过程的功
做功可以改变一个热力学系统的状态 摩擦升温（机械功）、电加热（电功）
摩擦功： dA frdl
举例：几种特殊热力学过程的功的计算
p1
等容过程：
A等容 = 0
V2
A pdV V1 2
等压过程： A等压 = p(V2-V1)
0
理想气体等温过程：
3V
A等温
V3 pdV
V1
V3 RT dV
V V1
RT ln V3
V1
pV RT
四. 热量 系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换， 热量传递 也可以改变系统的状态。
§6.6 循环过程 卡诺循环 §6.7 热力学第二定律（自学，不考）
§6.1 热学基础知识概述 热学：包括热力学（宏观）和统计物理（微观） 一. 热现象 二. 热学的研究对象：热力学系统（简称系统） 开放系统（开系）：和外界既可交换物质又可交换能量； 封闭系统（闭系） ：和外界只可交换能量，不可交换物质； 孤立系统（孤立系）：和外界既无物质交换又无能量交换。
T0
273.15
8.31J / mol K
k R 1.381023 J / K NA
N A 6.0231023 / mol
玻耳兹曼常量 阿伏伽德罗常量
p nkT n为单位体积内分子数目
混合理想气体的状态方程
若体积V内有n种理想气体，则其中第i 种气体单独存在
时的状态方程为：
piV
mi M
u
即弛豫时间，约 10 -3 秒 ，如
果实际压缩一次所用时间为 1
秒，就可以说 是准静态过程。
外界压强总比系统压强大一小量 △P ， 就可以 缓慢压缩。
准静态过程中的任意一个中间状态都可视为一个平衡态， 故，每一个平衡态都可用状态参量P、T、V来定量地加 以描述。
等温过程
P
因为状态图中任何一点都表示 系统的一个平衡态，故准静态 过程可以用系统的状态图，如 P-V图（或P-T图，V-T图）中的 一条曲线表示，反之亦如此。
等容过程 等压过程
循环过程
o
注：能用状态图或P、T、V的方程 描述的过程肯定是准静态过程。
V 理想气体的准静态过程
二. 内能
物质的分子的热运动能量及原子核内部能量的总和在宏观上 即是物体的内能。
一个热力学系统的内能 等于其所有分子的热运动动能 ＋ 分
子间的相互作用势能
因为
系统的内能是状态量，可用状态
除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间 无相互作用。 （忽略重力）
分子之间以及分子与器壁之间的碰撞是完全 弹性的，即碰撞前后气体分子动能守恒。
用来描述气体状态的参量：温度、体积、压强
理想气体状态方程 pV m RT M
M是气体的摩尔质量，m是气体的质量，R为普适气体常数
R p0Vm,0 1.013105 22.4103
无摩擦准静态过程，其特点是没有摩擦力，外界在准静态过 程中对系统做的功，可以用系统本身的状态参量来表示。 外界在准静态过程中对系统做的功等于系统对外界做的功的负值
设气缸内的气体进行膨胀过程，当活塞移动微小ห้องสมุดไป่ตู้移dl 时，气
体对外界所作的元功为（系统对外作功为正） V是系统体积
dA
pS
dl
pdV
系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功
为：
V2
面积
A pdV 体积功 V1
p
pe
形状不规则的容器（例如充气袋）中的气体作功呢？
p1
a
b
功的数值不仅与初态和末态有关，而且还 依赖于所经历的中间状态，功与过程的路 2 径有关。
功是过程量
0
V1
V V2
求准静态过程的功，即 为求虚线部分的面积
无法用统一的状态参量来描述其状态.
一个过程，如果任意时刻的中间态都无限接近于一个
平衡态，则此过程为准静态过程。显然，这种过程只 有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的条件下才可能实现。
对于实际过程则要求系统状态发生变化的时间 △t 远远大于弛豫时间τ才可近似看作准静态过程 。
举例1：外界对系统做功
非平衡态到平衡态的过渡时间，
RT
vi RT
(i 1,2, , n)
n
其中，M mi为n种理想气体的总质量
1
pi 为第i种理想气体单独存在时的压强
n个方程相加得：
( p1 p2 pn )V (v1 v2 vn )RT
n
n
令 p pi v vi
1
1
道尔顿分压定理
pV vRT
形式不变
§6.3 热力学第一定律
三. 宏观量与微观量
宏观量：压强、温度、体积、内能等； 微观量：单个分子的质量、速度、能量等。
四. 气体的状态参量 P、V、T等
五. 平衡态 热动平衡
热的本质是热运动
连接两个平衡态之间的过程称为弛豫过程
§6.2 理想气体的状态方程 理想气体的微观模型
分子本身的线度，比起分子之间的距离来说 可以忽略不计。可看作无体积大小的质点。
一. 准静态过程
一个热力学系统处于平衡态(即静态)，可用状态参 量P、T、V来定量地加以描述。
当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历一 个热力学过程，简称过程。
例：推进活塞压缩汽缸内的气体时，
u
气体的体积、密度、温度、压强都
将变化，在过程中的任意时刻，气
体各部分的密度、压强、温度都不
完全相同。因而，原则上讲，任意时刻，系统作为一个整体，
传热过程中所传递的能量的多少叫热量，以Q(或 Q)表示，
热量传递的方向用Q的符号表示。
微小热量 ：
dQ
> 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。
总热量：
(2)
Q dQ
(1)
积分与过程有关 。
五、 热力学第一定律
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 A，
系统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
Q
E2
E1
A
E2
E1
V2 V1
pdV
积分形式
热力学第一定律: 某一过程中，系统从外界吸收的
第二部分 热 学
第6章 热力学基础知识 第7章 气体动理论(气体分子运动论)
第6章 热力学基础知识
§6.1 热学基础知识概述
§6.2 理想气体的状态方程 §6.3 热力学第一定律
§6.4 理想气体的内能 摩尔定容热容和摩尔定压热容
§6.5 理想气体典型准静态过程中功、热及内能之间的关系 （即热力学第一定律的具体应用）
参量P、V、T等表示
例如理想气体的内能：
E
i 2
RT
注意这种写法，并不 是说内能为一过程量
内能的增量
(2)
E12 (1) dE E2 E1
只与初、末态有关，与过程无关。
三. (无摩擦)准静态过程的功
做功可以改变一个热力学系统的状态 摩擦升温（机械功）、电加热（电功）
摩擦功： dA frdl
举例：几种特殊热力学过程的功的计算
p1
等容过程：
A等容 = 0
V2
A pdV V1 2
等压过程： A等压 = p(V2-V1)
0
理想气体等温过程：
3V
A等温
V3 pdV
V1
V3 RT dV
V V1
RT ln V3
V1
pV RT
四. 热量 系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换， 热量传递 也可以改变系统的状态。
§6.6 循环过程 卡诺循环 §6.7 热力学第二定律（自学，不考）
§6.1 热学基础知识概述 热学：包括热力学（宏观）和统计物理（微观） 一. 热现象 二. 热学的研究对象：热力学系统（简称系统） 开放系统（开系）：和外界既可交换物质又可交换能量； 封闭系统（闭系） ：和外界只可交换能量，不可交换物质； 孤立系统（孤立系）：和外界既无物质交换又无能量交换。
T0
273.15
8.31J / mol K
k R 1.381023 J / K NA
N A 6.0231023 / mol
玻耳兹曼常量 阿伏伽德罗常量
p nkT n为单位体积内分子数目
混合理想气体的状态方程
若体积V内有n种理想气体，则其中第i 种气体单独存在
时的状态方程为：
piV
mi M
u
即弛豫时间，约 10 -3 秒 ，如
果实际压缩一次所用时间为 1
秒，就可以说 是准静态过程。
外界压强总比系统压强大一小量 △P ， 就可以 缓慢压缩。
准静态过程中的任意一个中间状态都可视为一个平衡态， 故，每一个平衡态都可用状态参量P、T、V来定量地加 以描述。
等温过程
P
因为状态图中任何一点都表示 系统的一个平衡态，故准静态 过程可以用系统的状态图，如 P-V图（或P-T图，V-T图）中的 一条曲线表示，反之亦如此。
等容过程 等压过程
循环过程
o
注：能用状态图或P、T、V的方程 描述的过程肯定是准静态过程。
V 理想气体的准静态过程
二. 内能
物质的分子的热运动能量及原子核内部能量的总和在宏观上 即是物体的内能。
一个热力学系统的内能 等于其所有分子的热运动动能 ＋ 分
子间的相互作用势能
因为
系统的内能是状态量，可用状态
除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间 无相互作用。 （忽略重力）
分子之间以及分子与器壁之间的碰撞是完全 弹性的，即碰撞前后气体分子动能守恒。
用来描述气体状态的参量：温度、体积、压强
理想气体状态方程 pV m RT M
M是气体的摩尔质量，m是气体的质量，R为普适气体常数
R p0Vm,0 1.013105 22.4103