第一讲 基本概念

开口系
闭口系
§1-2 热力学状态参数
热力状态(状态) 热力状态(状态)：某一瞬间热力系所呈现的 宏观状况。 宏观状况。 状态参数： 状态参数：描述热力系状态的物理量
基本状态参数
比体积 v 、压力 p 、温度 T（容易测量） 容易测量）
导出状态参数
内能 u、焓 h 、熵 s
1、比体积v 体积v V v= m
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 外部作用时间） （外部作用时间）
>>
恢复平衡所需时间 驰豫时间） （驰豫时间）
有足够时间恢复新平衡 ⇒ 准静态过程
可逆过程
一个准平衡过程进行完成后，如果能 一个准平衡过程进行完成后， 系统与外界同时恢复到初始状态， 同时恢复到初始状态 使系统与外界同时恢复到初始状态，而不 留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。 留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。
表示法
温度用温标来表示，温标指温度计的温度数 温度用温标来表示， 值表示法。 值表示法。
常用（公制）温标包括： 常用（公制）温标包括： a. 摄氏温标t (℃) 摄氏温标t b. 热力学温标 T (K) c. 两种温标的关系： 两种温标的关系： T(K)＝t(℃)＋273.15 (K)＝ 273.
规定: 系统对外作功 规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。 对外作功为 外界对系统作功 对系统作功为
功的表达式
δW =pdV
p
1.
示功图
W
W = ∫ pdV
1
2
.
2 V
p 1 2
p外
2、热 量
定义： 定义： 热量是当热力系与外界之间或热 力系内各部分之间存在温差的作用 温差的作用而 力系内各部分之间存在 温差的作用 而 交换的能量的形式。 交换的能量的形式。
准平衡过程和可逆过程的关系
可逆过程必然是准平衡过程，而准 可逆过程必然是准平衡过程， 平衡过程只是可逆过程的条件之一。 平衡过程只是可逆过程的条件之一。
热力学过程参数 1、功
1、力学定义: 力 × 在力方向上的位移 力学定义 定义: 在力方向上的位移 2、热力学定义 热力学定义 当热力系与外界发生能量传递时， 当热力系与外界发生能量传递时， 如果对外界的唯一效果可归结为取起 如果对外界的唯一效果可归结为取起 重物，此即为热力系对外作功。 重物，此即为热力系对外作功。
［m3/kg]
物理上常用密度 物理上常用密度 ρ ［kg/m3] 工质聚集的疏密程度
v=
1
ρ
2、压力 p 物理中压强，单位: 物理中压强，单位: Pa , N/m2 常用单位： 常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 Pa 1.013× 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665×104 Pa at= 9.80665×
第一讲
基本概念
§1-1
热力系统
热力系统(热力系、系统) 热力系统(热力系、系统)：用界面分 离出的研究对象。 离出的研究对象。
系统与外界(环境) 的作用（传热与 系统与外界(环境) 的作用（传热与 做功）都通过边界 界面) 边界( 做功）都通过边界(界面)
边界特性
固定、 固定、活动 真实、 真实、虚构
绝对压力与相对压力 绝对压力与相对压力
当 p > pb 当 p < pb 表压力 pe 真空度 pv
p = pe + pb p = pb − pv
pe p pv pb p
3、 温度 T 定义
宏观上，温度是标志工质冷热程度的物理量 宏观上， 微观上，温度是标志工质分子热运动激烈程 微观上， 度的物理量
4、热力学能(内能U) 热力学能 内能U
分子动能 分子位能 核能 化学能 宏观动能
Ek 1 = mc 2
2
宏观位能 E p = mgz
外部储存能
系统总能 E = U + Ek + Ep e = u + ek + ep
5、 焓 H
H = U + pV h=u+ p v
[kJ/kg]
6、熵S δ Qrev δ qrev dS = ds = T T
[kJ/kg.K]
§1-3 热力学过程参数
平衡状态 状态不变化 能量不能转换 非平衡状态 无法简单描述
热力学引入准静态 准平衡） 热力学引入准静态（准平衡）过程 准静态（
一般过程
p1 = p0+重物 T1 = T0 突然去掉重物 p2 = p0 最终 T2 = T0
p0
p
1.
.
p1，T
2 v
准静态过程
q = ∫ cdT
1
2
= ∫ Tds
1
2
= cv (T2 − T1 )
q = ∆u
q = ∆h
= c p (T2 − T1 )
q = T∆s =w
q=0
第一篇 工程热力学
1．什么是工程热力学
热力学是一门研究物质的能量 热力学 是一门研究物质的能量 、 是一门研究物质的能量、 能量传递和转换以及能量与物质性质 之间普遍关系的科学。 之间普遍关系的科学。 工程热力学则从工程技术观点出 工程热力学 则从工程技术观点出 研究物质的热力学性质， 发 ， 研究物质的热力学性质 ， 热能转 换为机械能的规律和方法， 以及有效、 换为机械能的规律和方法 ， 以及有效 、 合理地利用热能的途径。 合理地利用热能的途径。
规定：系统吸热热量为正， 规定：系统吸热热量为正，系统放热热量为负
热量的表达式
示热图
T Q 1 S 2
δq = T ds
q = ∫ T ds
1 2
作业： 作业：P15：1-4 ： P52：2-6 ：
习题： 习题： 一气缸活塞装置内的气体由初态p =0.3MPa。 一气缸活塞装置内的气体由初态p1=0.3MPa。 V1=0.1m3，缓慢膨胀到V2=0.2m3，若过程中压 缓慢膨胀到V 力和体积间的关系为pV 常数，试分别求出： 力和体积间的关系为pVn=常数，试分别求出： n=1.5；（ n=1.0；（ n=0时的膨胀 （1）n=1.5；（ 2）n=1.0；（ 3）n=0时的膨胀 功。
2. 研究对象及主要内容
研究对象：与热现象有关的能量利用与 研究对象： 转换规律的科学。 转换规律的科学。 研究内容： 研究内容： 研究能量转换的客观规律， （1）研究能量转换的客观规律，即热力 学第一与第二定律。 学第一与第二定律。 研究工质的基本热力性质。 （2）研究工质的基本热力性质。 研究各种热工设备中的工作过程。 （3）研究各种热工设备中的工作过程。
计算式
w = ∫ pdv
1
2
∆u = 0 ∆u = c v (T2 − T1 ) ∆h = c p (T2 − T1 ) ∆h = c p (T2 − T1 ) ∆h = 0 ∆h = c p (T2 − T1 ) T T v ∆s = cv ln 2 ∆s = c p ln 2 ∆s = R ln 2 ∆s = 0 T1 T1 v1 w = − ∆u v2 1 w = p (v2 − v1 ) w = RT ln w=0 = ( p1v1 − p2 v2 ) v1 k −1
过程
定容过程
定压过程 0 p=C
定温过程 1 pv=C pv=C
定熵过程 k pvk=Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过程指数n 过程指数n ∞ 过程方程 p、v、T 关系 v=C
p1 T1 = p2 T2
v1 T1 = v2 T2
p1v1 = p2v2
∆u,∆h,∆s ∆u = cv (T2 − T1 ) ∆u = cv (T2 − T1 )
p1 = p0+重物 T1 = T0 假如重物有无限多层 每次只去掉无限薄一层 系统随时 系统随时接近于平衡态 随时接近于平衡态
p0
p
1.
. .
p，T v 2
准静态过程既是平衡 又是变化 准静态过程既是平衡，又是变化 平衡，
既可以用状态参数描述 又可进行热功转换 既可以用状态参数描述，又可进行热功转换 状态参数描述，