工程热力学-基本概念
工程热力学-01 基本概念及定义
平衡状态1
p1 v1
p
p2
2
压容图 p-v图
平衡状态2
p1
1
p2 v2
O
v2
v1
v
12
1-4 状态方程式
在平衡状态下，由气态物质组成的系统，只要知道两个独立的 状态参数，系统的状态就完全确定，即所有的状态参数的数值随之 确定。这说明状态参数间存在某种确定的函数关系，状态参数之间 存在着确定的函数关系，这种函数关系就称为热力学函数。
（2）当系统处于热力学平衡状态时，只要没有外界的影响， 系统的状态就不会发生变化。
（3）整个系统可用一组具有确定数值的温度、压力及其他参
? 数来描述其状态。
10
经验表明，确定热力学系统所处平衡状态所需的独立状 态参数的数目，就等于系统和外界间进行能量传递方式的数 目。对于工程上常见的气态物质组成的系统，系统和外界间传递 的能量只限于热量和系统容积变化所作的功两种形式，因此只需 要两个独立的状态参数即可描述一个平衡状态。
3、平衡状态、稳定状态、均匀状态
（1）关于稳定状态与平衡状态
稳定状态时，状态参数虽不随时间改 变，但它是依靠外界影响来维持的。而平 衡状态是不受外界影响时，参数不随时间 变化的状态。
85℃ 20℃
90℃
15℃
铜棒
平衡必稳定，稳定未必平衡。
（2）关于均匀状态与平衡 水
质统称为外界。 通常选取工质作为热力学系统，把高温热源、低温热源
等其他物体取作外界。
3、边界 ——热力学系统和外界之间的分界面称为边界。
边界可以是固定的，也可以是移动的； 边界可以是实际的，也可以是假想的。
3
二、热力学系统的分类 依据——有无物质或能量的交换
工程热力学基本概念
工程热力学基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称之热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称之边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称之外界或者环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称之闭口系统，也称操纵质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称之开口系统，又称操纵体积，简称操纵体，其界面称之操纵界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称之绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递与物质交换，称之孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称之单相系。
复相系：由两个相以上构成的系统称之复相系，如固、液、气构成的三相系统。
单元系：由一种化学成分构成的系统称之单元系。
多元系：由两种以上不一致化学成分构成的系统称之多元系。
均匀系：成分与相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分与相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称之工质的热力状态，简称之状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，假如宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的与力的平衡，这时系统的状态称之热力平衡状态，简称之平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各类物理量称之工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或者密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或者密度能够直接或者间接地用仪表测量出来，称之基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别与第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必定处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称之压力，也称压强。
相对压力：相关于大气环境所测得的压力。
工程热力学概念整理
⼯程热⼒学概念整理⼯程热⼒学与传热学概念整理⼯程热⼒学第⼀章、基本概念1.热⼒系：根据研究问题的需要，⼈为地选取⼀定范围内的物质作为研究对象，称为热⼒系（统），建成系统。
热⼒系以外的物质称为外界；热⼒系与外界的交界⾯称为边界。
2.闭⼝系：热⼒系与外界⽆物质交换的系统。
开⼝系：热⼒系与外界有物质交换的系统。
绝热系：热⼒系与外界⽆热量交换的系统。
孤⽴系：热⼒系与外界⽆任何物质和能量交换的系统3.⼯质：⽤来实现能量像话转换的媒介称为⼯质。
4.状态：热⼒系在某⼀瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和⾮平衡态两种。
5.平衡状态：在没有外界作⽤的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（⼒差、温差、化学势差）的消失。
6.强度参数：与系统所含⼯质的数量⽆关的状态参数。
⼴延参数：与系统所含⼯质的数量有关的状态参数。
⽐参数：单位质量的⼴延参数具有的强度参数的性质。
基本状态参数：可以⽤仪器直接测量的参数。
7.压⼒：单位⾯积上所承受的垂直作⽤⼒。
对于⽓体，实际上是⽓体分⼦运动撞击壁⾯，在单位⾯积上所呈现的平均作⽤⼒。
8.温度T：温度T是确定⼀个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。
换⾔之，温度是热⼒平衡的唯⼀判据。
9.热⼒学温标：是建⽴在热⼒学第⼆定律的基础上⽽不完全依赖测温物质性质的温标。
它采⽤开尔⽂作为度量温度的单位，规定⽔的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。
10状态参数坐标图：对于只有两个独⽴参数的坐标系，可以任选两个参数组成⼆维平⾯坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。
11.热⼒过程：热⼒系从⼀个状态参数向另⼀个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。
12.热⼒循环：⼯质由某⼀初态出发，经历⼀系列状态变化后，⼜回到原来初始的封闭热⼒循环过程称为热⼒循环，简称循环。
13.准平衡过程：由⼀系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。
工程热力学基本概念
工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
系统：热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体。
状态参数:描述系统宏观特性的物理量。
热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间发生变化,则系统所处的状态称为热力学平衡态。
压力：系统表面单位面积上的垂直作用力.温度：反映物体冷热程度的物理量。
温标:温度的数值表示法。
状态公理:对于一定组元的闭口系统，当其处于平衡状态时，可以用与该系统有关的准静态功形式的数量n加上一个象征传热方式的独立状态参数，即(n+1)个独立状态参数来确定.热力过程：系统从初始平衡态到终了平衡态所经历的全部状态。
准静态过程：如过程进行的足够缓慢，则封闭系统经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。
可逆过程：系统经历一个过程后如果系统和外界都能恢复到各自的初态，这样的过程称为可逆过程。
无任何不可逆因素的准静态过程是可逆过程.循环：工质从初态出发，经过一系列过程有回到初态，这种闭合的过程称为循环.可逆循环:全由可逆过程粘组成的循环。
不可逆循环：含有不可逆过程的循环.第二章热力学能：物质分子运动具有的平均动能和分子间相互作用而具有的分子势能称为物质的热力学能.体积功：工质体积改变所做的功。
热量：除功以外，通过系统边界和外界之间传递的能量。
焓：引进或排出工质输入或输出系统的总能量。
技术功：工程技术上将可以直接利用的动能差、位能差和轴功三项之和称为技术功。
功：物质间通过宏观运动发生相互作用传递的能量。
轴功：外界通过旋转轴对流动工质所做的功。
流动功：外界对流入系统工质所做的功。
热力学第二定律：克劳修斯说法：不可能使热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全转化为有用功而不引起其他变化.卡诺循环:两热源间的可逆循环，由定温吸热、绝热膨胀、定温放热、绝热压缩四个可逆过程组成。
卡诺定理：在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的一切可逆热机，其热效率相等，与工质的性质无关；在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的热机循环,以卡诺循环的热效率为最高.熵：沿可逆过程的克劳修斯积分,与路径无关,由初、终状态决定。
工程热力学(基本概念)
国际实用温标的固定点
平衡状态
平衡氢三相点 平衡氢沸点 氖沸点 氧三相点 氧冷凝点
国际实用温标指定
值
T，K
t，℃
13.81 -259.34
20.28 -252.87
20.102 -246.048
54.361 -218.789
90.183 -182.962
平衡状态
水三相点 水沸点
锌凝固点 银凝固点 金凝固点
一、热力过程
定义：热力系从一个状态向另一个状态变化时所经 历的全部状态的总和。
二、准平衡(准静态)过程
准平衡过程的实现
工程热力学 Thermodynamics
二、准平衡(准静态)过程
定义：由一系列平衡态组成的热力过程 实现条件：破坏平衡态存在的不平衡势差(温差、
力差、化学势差)应为无限小。 即Δp→0 ΔT→0 (Δμ→0)
工程热力学 Thermodynamics
三、可逆过程
力学例子：
定义： 当系统完成某一热力过程后，如果有可能使系统再
沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互中所涉 及到的外界亦恢复到原来状态，而不留下任何变化，则 这一过程称为可逆过程。
实现条件：准平衡过程加无耗散效应的热力过程 才是可逆过程。
工程热力学 Thermodynamics
用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。
理想气体
工 质
实际气体
蒸气
工程热力学 Thermodynamics
二、平衡状态
（一）热力状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观
物理状况。(简称状态)
（二）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，则系统的这种状态称为平衡 状态。
工程热力学基本概念
第1章基本概念(3学时)概念(反映事物本质特征和一般属性的思维形式)是建筑科学大厦的基石，在学习热力学的基本定律之前，有必要先建立某些基本概念。
本章将讨论热力系统、平衡状态、状态参数、准平衡过程、可逆过程、功、热量、熵基本概念。
这些概念很重要，在本课程的学习中经常会用到，因此对这些概念应有正确的理解和应用。
1-1热力系统1-1-1系统与外界研究任何事物均需选择一定的对象，对于热力学来说也不能例外。
通常根据所研究问题的需要，在相互作用的各部分物质中，人为选取某个空间内的物质作为研究对象。
这种作为研究对象的某指定空间内的物质称为热力学系统或热力系统(Thermodynamic system)，简称系统或体系(System)。
或者说，把包含在规定边界之内的物质的总和称为热力系统。
系统之外的一切物质统称为外界(Outside)或环境(Environment)。
外界中的某一部分又能划分出来作为另一个系统。
系统与外界的交界面称为边界(Boundary)。
系统的边界可能是真实的，也可能是假想的，可以是固定的，也可以是移动的。
选择边界时要使系统具有明确的(单值性的)含义。
系统与外界之间，通过边界进行能量的传递与物质的迁移。
200904271-1-2闭口系统与开口系统按照系统与外界有无物质交换的情况，系统可分为两类：系统和外界可以有能量的交换，但没有物质的交换，这种系统称为闭口系统(Closed system)。
这类系统的特点是没有物质穿过边界，其内部的质量恒定不变，故又可称为定质量热力系统(Thermal system at constant mass)或控制质量(Control mass)。
又因无物质流过边界进出热力系统，故也称为不流动热力系统。
如果系统的边界可以移动，那么闭口系统的体积就能够改变。
注意，闭口系统具有恒定的质量，但具有恒定质量的系统未必都是闭口系统。
系统和外界有物质的交换，这种系统称为开口系统(Open system)或流动热力系统(Thermal system of flow)。
工程热力学基本概念
30
状态参数坐标图 ❖ 简单可压缩系N=2，是平面坐标图。
p 1
1）系统任何平衡态可表示在坐标图上。
2 v
2）过程线中任意一点为平衡态。 3）非平衡态无法在图上用实线表示。
31
第1章 基本概念
1-1 热力系和工质 1-2 状态参数 1-3 平衡状态 1-4 热力过程 1-5 功和热量
20
相对压力：表压力与真空度
p > pb p < pb
表压力 pg 真空度 pv
p pb pg p pb pv
pg
pv p
pb p
21
环境压力与大气压力 ❖ 环境压力指压力表所处环境的压力。 ❖ 大气压力指当地大气的压力
▪ 环境压力一般为大气压，但不绝对 ▪ 大气压随时间、地点变化 ❖ 在计算时绝对压力时要看清楚环境压力是否为大气压力。
14
状态参数的特征 ❖ 基本状态参数：压力p，比体积v，温度T ❖ 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 ❖ 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
15
基本状态参数：温度 ❖ 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，用于描述
vV m
v 1
24
第1章 基本概念
1-1 热力系和工质 1-2 状态参数 1-3 平衡状态 1-4 热力过程 1-5 功和热量
1-6 热力循环
25
平衡状态
❖ 定义：在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该 系统处于平衡状态。
❖ 引起不平衡的因素： ▪ 温差 — 存在热不平衡 ▪ 压差 — 存在力不平衡 ▪ 相变 — 存在相不平衡 ▪ 化学反应 — 存在化学不平衡
工程热力学基本概念
= 收获/代价
炉
热效率： t
w net q1
顺 时 针
汽轮机
发电机 凝 汽 器
逆向循环 又称制冷循环或热泵循环
高温热源
或 制 Q1
逆 时
热冷 泵机
W
针
Q2
低温热源
制冷循环的经济性用制冷系数衡量：
2
1
1,a,2
1,b,2
b
2
状态参数的变化只与初终态相关，
1 dxx2 x1 与路径无关。
状态参数都有以上特性。
状态参数的循环 dx 0 积分等于零。
反之，有以上特性之一， 即为状态参数。
1-3 平衡状态、状态方程式、坐标图
一、平衡状态
热力系在没有外界作用的情况下〔重力场除 外〕，宏观性质不随时间变化的状态。
热力过程：工质由一个状态变化到另一状态所经历 的全部状态的总和。
实际过程由一系列非 平衡状态组成
例：
非平衡状态
无法简单描述
平衡状态
宏观静止
能量不能转换
“平衡〞意味着宏观静止， 引入 理想模型：
“过程〞意味着变化，意味着
准平衡过程
平衡被破坏。二者如何统一？
一、准平衡过程 热力系从一个平衡态连续经历一系列
系统与外界 通过边界进 展相互作用
热力系的选取主要决定于研究任务 。
选取热力系时注意：
❖热力系可以很大，但不能大到无限。
❖热力系可以很小，但不能小到只包含少量分子， 以致不能遵守统计平均规律。
❖ 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， 也可以是变动的。
系统与外界通过边界进展相互作用。
平衡的中间态过渡到另一个平衡态
工程热力学基本概念及重要公式
工程热力学基本概念及重要公式1.系统与环境在工程热力学中，系统是指研究的对象或我们感兴趣的部分。
环境则是系统以外的其他部分。
系统和环境之间可以通过物质和能量的交换进行相互作用。
2.状态与平衡系统的状态由一组可测量的性质（如温度、压强、体积等）确定。
当系统中各种性质不发生任何变化时，系统处于平衡状态。
在平衡状态下，系统的能量转化不会引起热量或功的流动。
3.热力学函数热力学函数是描述热力学性质的函数，包括熵、焓和自由能等。
它们与系统的状态相对应，可以通过测量一些物理量来计算。
4.热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在系统中的应用。
根据这一定律，系统的内能增加等于系统吸收的热量加上对外做的功。
ΔU=Q-W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统从环境吸收的热量，W 表示系统对外做的功。
5.热力学第二定律热力学第二定律主要研究热量的传递和能量转化中的不可逆性。
根据热力学第二定律，热量只能从高温区传递到低温区，不会自发地从低温区传递到高温区。
6.热力学第二定律的两种表述热力学第二定律有两种表述方式：卡诺定理和熵增定理。
卡诺定理：任何工作在热源和冷源之间的热机，其效率都不会超过卡诺效率，即：η=1-Tc/Th其中，η表示热机的效率，Tc表示冷源的温度，Th表示热源的温度。
熵增定理：封闭系统的熵不会减少，只能增加或保持不变。
在一个孤立系统中，熵增是不可逆过程的一个特征。
7.热力学循环热力学循环是指一系列热力学过程的组合，最终系统回到起始状态。
常见的热力学循环包括卡诺循环、斯特林循环和布雷顿循环等。
8.其他重要公式除了上述公式外，工程热力学还有一些重要的公式，如：热量传递公式：Q=m*c*ΔT其中，Q表示热量，m表示物体的质量，c表示物体的比热容，ΔT表示温度的变化。
功的公式：W = F * d * cosθ其中，W表示功，F表示力，d表示位移，θ表示力的方向与位移方向的夹角。
气体状态方程：PV=nRT其中，P表示压强，V表示体积，n表示物质的摩尔数，R为气体常数，T表示温度。
工程热力学---第1章 基本概念
pv RgT
实际气体(real gas; imperfect gas)的状态方程
范德瓦尔方程
R—K方程
a p 2 v b v
RgT
a p 0.5 v b T v(v b)
RgT
（a,b为物性常数）
27
三、状态参数坐标图
一简单可压缩系只有两个独立参数，所以 可用平面坐标上一点确定其状态，反之任一状 态可在平面坐标上找到对应点，如：p-v、T-s。
a）刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的 c）实际的或假想的
边界示意图
10
汽缸-活塞装置（闭口系例）
11
汽车发动机（开口系示例）
12
热力系分类
按照组元和相数分 单元系 多元系 按系统与外界能质交换分 单相系 复相系
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
所有状参一一对应相等
简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的状态参数对应相等
状态法则：系统独立状态参数的数目N等于系统对外所 作广义功的数目n加1，即N=n+1.
20
基本状态参数
温度
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 热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。
dx 0
ห้องสมุดไป่ตู้
2、分类 #可逆循环与不可逆循环，状态参数坐标图上表示。 正向循环：输出功，热能 目的 机械能 Q 高温热源
逆向循环：消耗功，低温热源
二、正向循环（动力循环）
wnet t 1 q1
6 6 6
工程热力学 基本概念
5 t[°C ] = (t[ F ] − 32) 9
t [ F ] = t [ R ] − 459.67
Temperature Measurement Devices 日常：水银温度计，酒精温度计， thermometer 工业：热电偶 Thermocouple 热电阻 Resistance temperature detector 辐射温度计Radiation thermometer 计量：铂电阻温度计 Platinum
工程热力学
第一章
状态方程 ⎯ 基本状态参数（p,v,T)
之间的关系
f ( p, v, T ) = 0
p = f (v, T )
工程热力学
第一章
状态方程的具体形式 理想气体的状态方程
pv = Rg T pV = mRg T
pV = nRT
工程热力学
第一章
状态参数坐标图
简单可压缩系 N=2，可用平面坐标图表示状态,
V 比参数： v = m
比体积
U u= m
比热力学能
H h= m
比焓
S s= m
比熵
单位：/kg
摩尔参数
具有强度量的性质 。 （ /kmol ）
工程热力学
第一章
1-3 基本状态参数
压力 p、温度 T、比体积 v （可测量） 1.压力 p ( pressure )
定义 物理中叫压强，单位: Pa ( N/m2)
工程热力学
第一章
一般过程
p1 = p0+重物 T1 = T0 突然去掉重物 p2 = p 0 最终 T2 = T0
p0
p
1.
.
p，T
2 v
工程热力学
工程热力学 基 本 概 念
第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
相对压力：相对于大气环境所测得的压力。
工程热力学知识点总结
工程热力学知识点总结一、基本概念1. 热力学系统热力学系统是指研究对象的范围，可以是一个物体、一个系统或者多个系统的组合。
根据系统与外界的物质交换和能量交换情况，将系统分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
2. 热力学状态热力学状态是指系统的一种特定状态，由系统的几个宏观性质确定。
常用的状态参数有温度、压力、体积和能量等。
3. 热力学过程热力学过程是系统在一定条件下的状态变化。
常见的热力学过程有等温过程、绝热过程、等压过程和等容过程等。
4. 热力学平衡系统的平衡是指系统内各部分之间不存在宏观的能量或物质的不均匀性。
在平衡状态下，系统内各部分之间的宏观性质是不发生变化的。
5. 热力学势函数热力学势函数是描述系统平衡状态的函数，常见的有内能、焓、自由能和吉布斯自由能等。
二、热力学定律1. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的热力学表述。
它可以表述为：系统的内能变化等于系统对外界所做的功与系统吸收的热的代数之和。
2. 热力学第二定律热力学第二定律是热力学中一个非常重要的定律，它对能量转化的方向和效率进行了限制。
根据热力学第二定律，系统内部永远不会自发地将热量从低温物体传递到高温物体，这就是热机不能做功的原因。
3. 卡诺定理卡诺定理是热力学第二定律的一种推论，它指出在两个恒温热源之间进行热机循环时，效率最高的情况是卡诺循环。
4. 热力学第三定律热力学第三定律规定了在温度接近绝对零度时热容为零，即系统的熵在绝对零度时为常数。
三、热力学循环1. 卡诺循环卡诺循环是一种理想的热机循环，它采用绝热和等温两个可逆过程。
卡诺循环的效率是所有热机循环中最高的。
2. 斯特林循环斯特林循环是一种理想的外燃循环，它采用绝热和等温两个可逆过程。
斯特林循环比卡诺循环的效率低一些，但是实际上，在制冷机中应用得比较广泛。
3. 布雷顿循环布雷顿循环是一种理想的内燃循环，它采用等容和等压两个可逆过程。
布雷顿循环是内燃机的工作循环，应用比较广泛。
工程热力学第一章基本概念
受重力影响，大部分热力系统内部存在压力变化，但该变化相对很小，通常忽略不计。 The variation of pressure as a result of gravity in most thermodynamic system is relatively small and usually disregarded
热力学温标（Kelvin scale）：纯水三相点温度为273.16K，每1K为水三相点温度的1/273.16。
朗肯温标（Rankine scale）：以绝对零度为起点的华氏温标
温标之间的换算
基本状态参数——压力（Pressure）
微观概念：大量分子碰撞器壁的结果。
单位面积上的压力
分子浓度
平均平动动能
在没有外来影响的情况下，两物体相互作用最终达到相同的冷热状况。
热力学第零定律 1931年 T
热力学第一定律 18401850年 E
热力学第二定律 18541855年 S
热力学第三定律 1906年 S基准
闭口系统的质量保持恒定
开口系统（Open system）：有物质流穿过边界的系统，又称为控制体积或控制体(Control volume)。
开口系统的界面称为控制界面。
开口系统和闭口系统都可能与外界发生能量（功和热）传递。
闭口系统与开口系统
绝热系统（Adiabatic system）：系统与外界之间没有热量传递的系统。
化学平衡（ Chemical equilibrium ） 系统中化学成分不随时间变化 if its chemical position does not change with time. That is, no chemical reactions occur. 化学反应——化学不平衡势
工程热力学 基本知识点
第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
相对压力：相对于大气环境所测得的压力。
(完整版)工程热力学知识总结
第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
相对压力：相对于大气环境所测得的压力。
工程热力学知识点总结
工程热力学知识点总结工程热力学是一门研究能量转换规律以及热能有效利用的学科，它在能源、动力、化工等领域有着广泛的应用。
以下是对工程热力学一些重要知识点的总结。
一、基本概念1、热力系统热力系统是指人为选取的一定范围内的物质作为研究对象。
根据系统与外界的物质和能量交换情况，可分为闭口系统（与外界无物质交换）、开口系统（与外界有物质交换）和绝热系统（与外界无热量交换）等。
2、状态参数描述热力系统状态的物理量称为状态参数，如压力、温度、比体积等。
状态参数的特点是只取决于系统的状态，而与达到该状态的路径无关。
3、热力过程热力系统从一个状态变化到另一个状态所经历的途径称为热力过程。
常见的热力过程有定容过程、定压过程、定温过程和绝热过程等。
4、热力循环系统经历一系列热力过程后又回到初始状态，所形成的封闭过程称为热力循环。
二、热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应用，其表达式为：输入系统的能量输出系统的能量＝系统储存能量的变化。
对于闭口系统，热力学第一定律可表示为：＄Q ＝＼Delta U ＋ W$，其中＄Q$ 为系统吸收的热量，＄＼Delta U$ 为系统内能的变化，＄W$ 为系统对外所做的功。
对于开口系统，热力学第一定律的表达式较为复杂，需要考虑进、出口的能量流动。
三、热力学第二定律热力学第二定律指出了热过程的方向性和不可逆性。
常见的表述有克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述：热量不可能自发地从低温物体传向高温物体。
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产生其他影响。
热力学第二定律的实质是揭示了自然界中一切自发过程都是不可逆的。
四、理想气体的性质理想气体是一种假设的气体模型，其分子之间没有相互作用力，分子本身不占有体积。
理想气体的状态方程为＄pV ＝ nRT$，其中＄p$ 为压力，＄V$ 为体积，＄n$ 为物质的量，＄R$ 为气体常数，＄T$ 为温度。
理想气体的内能和焓仅与温度有关，与压力和体积无关。
《工程热力学》 第一章—基本概念
状态参数的分类
★ 基本状态参数：可以直接测量的状态参数。 如压力p、温度T、比体积v。 ★ 导出状态参数：由基本状态参数间接求得的 参数。 如内能U、焓H、熵S等。
1. 压力
● 压力的定义
◆ 沿垂直方向作用在单位面积上的力称为压
力（即物理中压强）。
◆ 对于容器内的气态工质来说，压力是大量 气 体分子作不规则运动时对器壁单位面积撞 击 作用力的宏观统计结果。
压力的单位
压力的单位是N/m2 ，符号是帕（Pa）
常用压力单位的换算见附表1（222页）
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
1 at = 1 kgf/ cm2 = 9.8067 104 Pa
1 MPa = 106Pa＝ 103kPa＝ 10bar
压力的表示方法
◆ 绝对压力（p）、表压力（pg）、
如果系统的宏观状态不随时间变化，则该系
统处于平衡状态。
● 不能把平衡态简单地说成不随时间而改变的状态， 也不能说成外界条件不变的状态。
平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化的状态。 ● 平衡与均匀：均匀系统一定处于平衡状态，
反之则不然。
● 实现平衡的条件
◆ 热平衡 ◆ 力平衡 ◆ 相平衡 ◆ 化学平衡 温度相等 压力相等 各相间化学位相等 反应物与生成物化学 位相等
2. 温度
◆ 传统：温度是物体冷热程度的标志。
◆ 微观：温度是衡量分子平均动能的量度。
T 0.5 m c2 T=0 0.5 m c2=0 分子一切运动停止，零动能。
● 热力学第零定律
◆ 热平衡：不同物体的冷热程度相同，则它们处于热平衡。 ◆ 热力学第零定律（热力学中的一个基本实验结果）： 若两个热力系分别与第三个热力系处于热平衡，那么这 两个热力系也处于热平衡。
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T1 > T2
q
T2
处在稳定状态的开口系的热力学能、熵等广延性质的
特点： a）状态参数是宏观量 ，是大量粒子的 宏观表现 ，只有 平衡态才有状态参数，系统有 多个状态参数 b）状态参数的特性 —状态的单值函数
物理上— 与过程无关 数学上— 其微量是全微分
状态参数为点函数，沿闭合路径的积分为零。
C）状态参数分类 ： 强度量—intensive property
它们的值与物质的量无关； 如温度和压力 T、P等，
热平衡：thermal equilibrium ：系统各部分无热量交换
力平衡: mechanical equilibrium ：系统各部分无相对位移
一个系统，如果它的压力到处相同，并与外界平 衡称之为达到 力平衡或机械平衡；
如果它的温度到处相同，并与外界平衡则称之为达到 热 平衡 。 简单可压缩系统 平衡状态 : 同时有热平衡和力平衡
开口系
是否传热 是否传功
非绝热系 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
热力系分类（2）
2、 按组元数 单元系—
one component system;pure substance system
多元系--multicomponent system
3、 按相数 单相系—homogeneous system
其他系统： 如多元系统 相平衡、
化学反应平衡、、、
平衡条件： 热平衡△ t=0
力平衡△ p=0
相平衡μ (1)= μ(2)
化学平衡△ w=0;△n=0
电平衡△ E=0
平衡的热力系统
一个平衡的热力系统，只要不受到外界的影响，它的 状态就不会随时间而改变。如果受到外界作用，引起 系统内压力不均匀或温度不均匀，破坏了系统的平衡 状态，则当外界作用停止后，系统内压力不同及温度 不同的各部分物质之间，将产生机械作用和热作用， 并最终趋向新的平衡状态
*只有 平衡态 才有状态参数 其他热力系参数：张力 -长度、表面张力 -面积 、
磁化-磁场强度、电荷 -电位差、、
§1-2平衡状态
1、平衡状态 thermodynamic equilibrium state 定义：在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果 系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态 。
广延量— extensive property
?
v?
V
m
如物质的体积和热力学能 V、U等。 它们的值正比于物质的量
又：广延量的比性质，如比体积 具有强度量特性。
常用的状态参数： P （压力）、 T（温度）、 v（比体积）、 h（比焓）、
u（比热力学能） 、 s（比熵）… 其中 P、T、v、—可测量 -——基本状态参数 H(h)、U(u)、S(s)—可计算—— 可由基本状态参数导出
复相系—heterogeneous system
注意：1）不计恒外力场影响 ； 2 ）复相系未必不均匀—湿蒸汽； 单元系未必均匀—气液平衡分离状态 ；
简单可压缩系统
由单元可压缩物质（纯物质）构成、与外界仅 有容积变化功交换、无化学反应的系统
1闭口系、开口系的定义
按系统与外界质量交换分 ： 闭口系— closed system （控制质量 CM） —没有质量越过边界
热力系统 ?（热力系、系统、体系）
热力系统的分割完全是“ 人为”的，因此对于 不同的问题，甚至对于同一问题可取不同的系
统。
A
B
例如研究向容器充Biblioteka ，可以取容器为系统，也可取充入容 器的气体和原在容器内的气体一起为系统。
边界特性
固定、活动 真实、虚构
热力系统分类
1、以系统与外界关系划分： 有
是否传质
①方法：综合 用系统方法 适用于完全不同的物质
不关心分子个体 结构单元
例：生物、生态系统可看成由大量的 基本结构单元构成
②特点：普适性：
原子、分子、宏 观物体、社会、 生物、生态、、、
热力学方法和概念热力学结论可推广和应用 到其他领域：化学、生物、宇宙、社会等
例如：熵的概念
控制论信息论
三、术语 系统
环境
参数
过程 系统
状态参数、
路径参数
循环
单相
化学组成
复相
物理结构
均匀
三、 热力系统、外界和边界
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）。
不平衡状态：一定存在不平衡位势
两平衡状态相等的判定 若系统两平衡状态的状态参数均一一对应相等，称此
两平衡状态相等；反之，相等的两状态则其状态参数必然 一一对应相等。
简单可压缩系统，只要两个独立的状态参数一一对应相等， 就可判定该系统两平衡状态相等。 （状态公理）
平衡和稳定
平衡状态 是指在没有外界作用 的 情况下工质宏观性质可长久保持不变 的状态。 简单可压缩系统同时处于力平衡和热 平衡，该系统就处于热力平衡状态，
热力学概念
Principles of Thermodynamics
热力学是一门基础学科
热现象
力现象
机械能做功
分子杂乱无章运动的宏观表现
研究内容： 热能和其他形式的能量； 能量转换； 能量和物质特性之间的关系；
教学内容
1 基础概念 2 热力学第一定律 3 实际气体状态方程 4 热力学第二定律 5 热力学普遍关系式 6 动力循环 7 化学热力学基础 8 多组分系统热力学
1 基础 1、定义 2、热力学平衡 3、可逆过程和不可逆过程 4、温度和温度测量 5、热量 6、功
1、定义 一、分类 （大量粒子组成）
稳定平衡状态
经典热力学（宏观） 统计热力学（微观）
大量粒子的统计分析
二、热力学的研究方法和特点
经典热力学只研究宏观量（温度、压力、密度等）间 的关系。但是宏观性质与分子有关 ；温度与分子运动 有关；密度与分子间相互作用有关。
开口系—open system （控制体积 CV） —通过边界与外界有质量交换
状态和基本状态参数 一、状态 ： 某一瞬间热力系所呈现的宏观状况
热力学状态 — state of thermodynamic system
—系统宏观物理状况的综合 状态参数 —state properties
描述物系所处状态的宏观物 理量