工程热力学1详解
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原理制定的温标，和测温物质的特性无关，可以成为度 量温度的共同标准。国际单位制中采用热力学温标。热 力学温度单位是开尔文，符号为“K”。热力学温标的 基准点采用水的三相点，即水的固相、液相、汽相平 衡共存的状态点。把水的三相点温度作为单一基准点， 并规定该点的温度为273.16K。因此，热力学温度单位 “开尔文”是水的三相温度的1/273.16。
v=V/m
单位： m3/kg
2、密度：单位容积内物质的质量
ρ=m/V
单位： kg/m3
关系： v× ρ=1
3、重度：单位容积中物质的重量（工程单位制）
γ=G/V
单位： kg/m3
四、平衡状态、状态方程式、坐标图
（一）平衡状态
1、定义：一个热力系统，如果在不受外界影响的 条件下，系统的状态能够始终保持不变，系统
2、微观的研究方法：气体分子运动学说
统计热力学 作用:对宏观研究方法的解释与弥补
第一章 基本概念
❖ 本章主要内容: ❖ 热能在热机中转变成机械能的过程 ❖ 工质、热源、热力系统 ❖ 工质的热力学状态极其基本状态参数 ❖ 平衡状态、状态方程式、坐标图 ❖ 工质的状态变化过程 ❖ 热力循环
Biblioteka Baidu
一、热能在热机中转变成机械能的过程
温度可用温度计测量,温度计的测温原理则利 用热力学第零定律：无论多少个物体互相接触都 能达到热平衡。将温度计分别和被测物体接触， 则在达到热平衡时，由温度计的示数即可知被测 物体的温度。
3、温标
1）摄氏温标：规定在标准大气下纯水的冰点是0℃，汽点是100
℃，而℃则是摄氏温度单位的符号。用于公制系
统。
工程热力学的主要内容：
1、基本概念与基本定律 2、热力过程与循环 3、常用工质的性质 4、化学热力学
三、热力学的研究方法
1、宏观研究方法：以热力学第一定律、第二定律等
基本定律作为总的依据，并根据各项问题的具体条件， 推导出很多有用的公式，得出若干重要的结论。 工程热力学主要应用宏观研究方法，还普遍采用抽象、 概括、理想化和简化的方法。
开口系统（控制容积）:系统与外界不仅有能量 交换而且有物质的交换
孤立系统：系统与外界既无能量交换又无物质 的交换
绝热系统：系统与外界仅限无热量交换
三、工质的热力学状态及其基本状态参数
热力学状态：工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈
现的宏观物理状况
状态参数：用来描述工质所处状态的宏观物理量
物质的状态变化由参数的变化标志出来
高温热源（热源）：工质从中吸取热能的物体 低温热源（冷源）：接受工质排出热能的物体
3、热力系统：人为分割出来以作为热力学
分析的 对象。 外界：系统周围的物体 边界：系统和外界之间的分界面 边界可以是实际存在的，也可以是假想的。 边界可以是固定的，也可以有位移或变形。
热力系统的类型：
闭口系统（控制质量）:系统与外界只有热量或 功的能量交换而无物质 的交换
2）p＜pb时: p=pb-pv
5、压力的单位：
帕斯卡（Pa）或牛/平方米（N/m2）
兆帕（MPa）或巴（bar） 1MPa=106Pa 1bar=105Pa
毫米汞柱（mmHg）和毫米水柱（mmH2O）
pA=hAρg p=hρg h=p/(ρg)
（三）、比体积及密度
1、比体积：单位质量物质所占的容积
的这种状态称为热力平衡状态，简称平衡状态。
热平衡：无热量传递 力平衡：无相对位移
(实现条件)
2、平衡状态与不平衡状态的转化 自发地趋于平衡状态
不平衡状态
平衡状态
系统受到外界的影响
3、平衡状态下的工质
气体：气体内部各处的性质是均匀一致的，各处的 温度、压力、密度等状态参数都相同。
液体：压力随高度变化 汽液两相：不均匀
5）热力学摄氏温标：t=T-273.15
（二）压力
1、定义：单位面积上所受到的垂直作用力
2、压力的测量： 弹簧管式压力计
U形管压力计 压力变送器
3、压力的分类：
表压力pe 绝对压力p （作为工质状态参数的压力） 大气压pb：是地面上空气柱的重量所造成 真空度pv
4、各压力间的关系：
1）p＞pb时: p=pe+pb
基本状态参数：温度、压力、比容 导出状态参数：内能、焓、熵等
（一）温度
1、定义：温度是标志物体冷热的程度。
从微观上看，温度标志物质分子热运动的激烈程度。 对气体，它是大量分子平移动能平均值的度量，其关系式 为：
2
mc BT 2
式中T是热力学温度，B是比例系数，c 是分子移动的均方
根速度。
2、温度的测量：
1、热能利用的过程：
燃烧设备
热动力机
燃料的化学能
热能
机械能
2、热动力装置：燃烧设备+热机+辅助设备
蒸汽动力装置（图1-2） 内燃动力装置（图1-1）
3、热机工作的共同点：气体或蒸汽都经过吸
热、膨胀作功、排热等热力过程
二、工质、热源、热力系统
1、工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质 2、热源：
因此均匀不是系统处于平衡状态之必要条件。
（二）、状态方程式
T=f(p,v) （三）、坐标图
p
p=f(T,v)
T
v=f(p,T)
1
2
v
s
平面坐标图上的任意一点，都相应于热力系的某一确
定的平衡状态，热力系每一平衡状态总可用坐标图上
的一点来表示。
五、工质的状态变化过程
（一）准平衡过程 1、定义：若工质在平衡被破坏后能自动回复平衡，且 回复所需的时间，即驰豫时间又很短，又若过程进行得 缓慢，经历的时间和驰豫时间相比甚大时，则在过程中 工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致远离平衡状 态，这样的过程称为准平衡过程又称准静态过程。
2）华氏温度：规定在标准大气压下纯水的冰点是32 °F，汽点是
212 °F，而°F则是华氏温度的符号。用于英制系
统。
换算关系：
tF 9 tc 32 5
3）、经验温标：由选定任意一种测温物质的某种物理
特性，采用任意一种温度标定规则所得到的温标。不能 作为度量温度的标准。
4）、热力学绝对温标：根据热力学第二定律的基本
绪论
一、热能及其应用
1、自然界的能源种类：
煤、石油等燃料的化学能 ：燃烧产生热能 地热：直接以热能形式存在 原子核能：核反应产生热能 风能、水力以机械能形式直接利用
2、热能利用基本形式：
1）热能的直接利用 2）热能的动力应用
二、工程热力学的研究对象
工程热力学的研究对象：热能转化成机械能的规
律和方法，以及提高转化效率的途径。
v=V/m
单位： m3/kg
2、密度：单位容积内物质的质量
ρ=m/V
单位： kg/m3
关系： v× ρ=1
3、重度：单位容积中物质的重量（工程单位制）
γ=G/V
单位： kg/m3
四、平衡状态、状态方程式、坐标图
（一）平衡状态
1、定义：一个热力系统，如果在不受外界影响的 条件下，系统的状态能够始终保持不变，系统
2、微观的研究方法：气体分子运动学说
统计热力学 作用:对宏观研究方法的解释与弥补
第一章 基本概念
❖ 本章主要内容: ❖ 热能在热机中转变成机械能的过程 ❖ 工质、热源、热力系统 ❖ 工质的热力学状态极其基本状态参数 ❖ 平衡状态、状态方程式、坐标图 ❖ 工质的状态变化过程 ❖ 热力循环
Biblioteka Baidu
一、热能在热机中转变成机械能的过程
温度可用温度计测量,温度计的测温原理则利 用热力学第零定律：无论多少个物体互相接触都 能达到热平衡。将温度计分别和被测物体接触， 则在达到热平衡时，由温度计的示数即可知被测 物体的温度。
3、温标
1）摄氏温标：规定在标准大气下纯水的冰点是0℃，汽点是100
℃，而℃则是摄氏温度单位的符号。用于公制系
统。
工程热力学的主要内容：
1、基本概念与基本定律 2、热力过程与循环 3、常用工质的性质 4、化学热力学
三、热力学的研究方法
1、宏观研究方法：以热力学第一定律、第二定律等
基本定律作为总的依据，并根据各项问题的具体条件， 推导出很多有用的公式，得出若干重要的结论。 工程热力学主要应用宏观研究方法，还普遍采用抽象、 概括、理想化和简化的方法。
开口系统（控制容积）:系统与外界不仅有能量 交换而且有物质的交换
孤立系统：系统与外界既无能量交换又无物质 的交换
绝热系统：系统与外界仅限无热量交换
三、工质的热力学状态及其基本状态参数
热力学状态：工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈
现的宏观物理状况
状态参数：用来描述工质所处状态的宏观物理量
物质的状态变化由参数的变化标志出来
高温热源（热源）：工质从中吸取热能的物体 低温热源（冷源）：接受工质排出热能的物体
3、热力系统：人为分割出来以作为热力学
分析的 对象。 外界：系统周围的物体 边界：系统和外界之间的分界面 边界可以是实际存在的，也可以是假想的。 边界可以是固定的，也可以有位移或变形。
热力系统的类型：
闭口系统（控制质量）:系统与外界只有热量或 功的能量交换而无物质 的交换
2）p＜pb时: p=pb-pv
5、压力的单位：
帕斯卡（Pa）或牛/平方米（N/m2）
兆帕（MPa）或巴（bar） 1MPa=106Pa 1bar=105Pa
毫米汞柱（mmHg）和毫米水柱（mmH2O）
pA=hAρg p=hρg h=p/(ρg)
（三）、比体积及密度
1、比体积：单位质量物质所占的容积
的这种状态称为热力平衡状态，简称平衡状态。
热平衡：无热量传递 力平衡：无相对位移
(实现条件)
2、平衡状态与不平衡状态的转化 自发地趋于平衡状态
不平衡状态
平衡状态
系统受到外界的影响
3、平衡状态下的工质
气体：气体内部各处的性质是均匀一致的，各处的 温度、压力、密度等状态参数都相同。
液体：压力随高度变化 汽液两相：不均匀
5）热力学摄氏温标：t=T-273.15
（二）压力
1、定义：单位面积上所受到的垂直作用力
2、压力的测量： 弹簧管式压力计
U形管压力计 压力变送器
3、压力的分类：
表压力pe 绝对压力p （作为工质状态参数的压力） 大气压pb：是地面上空气柱的重量所造成 真空度pv
4、各压力间的关系：
1）p＞pb时: p=pe+pb
基本状态参数：温度、压力、比容 导出状态参数：内能、焓、熵等
（一）温度
1、定义：温度是标志物体冷热的程度。
从微观上看，温度标志物质分子热运动的激烈程度。 对气体，它是大量分子平移动能平均值的度量，其关系式 为：
2
mc BT 2
式中T是热力学温度，B是比例系数，c 是分子移动的均方
根速度。
2、温度的测量：
1、热能利用的过程：
燃烧设备
热动力机
燃料的化学能
热能
机械能
2、热动力装置：燃烧设备+热机+辅助设备
蒸汽动力装置（图1-2） 内燃动力装置（图1-1）
3、热机工作的共同点：气体或蒸汽都经过吸
热、膨胀作功、排热等热力过程
二、工质、热源、热力系统
1、工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质 2、热源：
因此均匀不是系统处于平衡状态之必要条件。
（二）、状态方程式
T=f(p,v) （三）、坐标图
p
p=f(T,v)
T
v=f(p,T)
1
2
v
s
平面坐标图上的任意一点，都相应于热力系的某一确
定的平衡状态，热力系每一平衡状态总可用坐标图上
的一点来表示。
五、工质的状态变化过程
（一）准平衡过程 1、定义：若工质在平衡被破坏后能自动回复平衡，且 回复所需的时间，即驰豫时间又很短，又若过程进行得 缓慢，经历的时间和驰豫时间相比甚大时，则在过程中 工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致远离平衡状 态，这样的过程称为准平衡过程又称准静态过程。
2）华氏温度：规定在标准大气压下纯水的冰点是32 °F，汽点是
212 °F，而°F则是华氏温度的符号。用于英制系
统。
换算关系：
tF 9 tc 32 5
3）、经验温标：由选定任意一种测温物质的某种物理
特性，采用任意一种温度标定规则所得到的温标。不能 作为度量温度的标准。
4）、热力学绝对温标：根据热力学第二定律的基本
绪论
一、热能及其应用
1、自然界的能源种类：
煤、石油等燃料的化学能 ：燃烧产生热能 地热：直接以热能形式存在 原子核能：核反应产生热能 风能、水力以机械能形式直接利用
2、热能利用基本形式：
1）热能的直接利用 2）热能的动力应用
二、工程热力学的研究对象
工程热力学的研究对象：热能转化成机械能的规
律和方法，以及提高转化效率的途径。