熱工轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識(shí)

1、第第0章章第一節(jié)熱功轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)熱力學(xué)第一定律第三節(jié)熱力過(guò)程分析第四節(jié)熱力學(xué)第二定律引言引言發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)燃料燃燒釋放出的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能來(lái)提供動(dòng)力研究發(fā)動(dòng)機(jī)原理就要研究：燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)是如何燃燒的熱效率的影響因素釋放的熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換所遵循的規(guī)律轉(zhuǎn)換效率的影響因素?zé)崃渴侨绾蝹鬟f的這些都涉及熱工基礎(chǔ)知識(shí)熱工基礎(chǔ)內(nèi)容熱工基礎(chǔ)內(nèi)容熱能的直接利用：直接利用熱能加熱物體，熱能形式不發(fā)生變化熱能的間接利用：熱能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量（如機(jī)械能）熱能和機(jī)械能間的轉(zhuǎn)換必須遵守?zé)崃W(xué)第一定律及熱力學(xué)第二定律通過(guò)選擇能量轉(zhuǎn)換所憑借的物質(zhì)（工質(zhì)）、合理安排熱力過(guò)程來(lái)提高能量間接利用的經(jīng)濟(jì)性一、能量與能源世界

2、由物質(zhì)構(gòu)成。一切物質(zhì)都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量。 一切物質(zhì)都具有能量，如果沒(méi)有能量，世界就會(huì)永遠(yuǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)，也就不會(huì)有生命。人類在日常生活和生產(chǎn)過(guò)程中需要各種形式的能量。到目前為止，人類所認(rèn)識(shí)的能量主要有機(jī)械能、熱能、電能、化學(xué)能、核能、輻射能等幾種形式。能源是指能夠直接或間接提供能量的物質(zhì)資源第一節(jié)熱功轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí)基本概念基本概念1.1.工質(zhì)工質(zhì): :實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換憑借的工作物質(zhì)（氣體）。實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換憑借的工作物質(zhì)（氣體）。2.2.熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)和和外界外界: :把作為研究對(duì)象的某一宏觀尺寸范圍內(nèi)的把作為研究對(duì)象的某一宏觀尺寸范圍內(nèi)的工質(zhì)總稱為熱力系統(tǒng)，

3、如氣缸內(nèi)的氣體；把熱力系統(tǒng)以外和工質(zhì)總稱為熱力系統(tǒng)，如氣缸內(nèi)的氣體；把熱力系統(tǒng)以外和熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程有關(guān)的其他物體統(tǒng)稱為外界，如氣缸體。熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程有關(guān)的其他物體統(tǒng)稱為外界，如氣缸體。3.3.熱力狀態(tài)熱力狀態(tài): :把工質(zhì)在某一瞬間所處的宏觀狀態(tài)稱為工質(zhì)的把工質(zhì)在某一瞬間所處的宏觀狀態(tài)稱為工質(zhì)的“熱力狀態(tài)熱力狀態(tài)”，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱“狀態(tài)狀態(tài)”。工質(zhì)的熱力狀態(tài)用物理量來(lái)。工質(zhì)的熱力狀態(tài)用物理量來(lái)描述，這些物理量稱為氣體的狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力和比描述，這些物理量稱為氣體的狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力和比體積等。體積等。4.4.熱力過(guò)程熱力過(guò)程:將熱力系統(tǒng)中的工質(zhì)從某一初始狀態(tài)變化到另一將熱力系統(tǒng)中的工質(zhì)從某一初

4、始狀態(tài)變化到另一狀態(tài)所經(jīng)歷的整個(gè)過(guò)程稱為熱力過(guò)程。狀態(tài)所經(jīng)歷的整個(gè)過(guò)程稱為熱力過(guò)程。二、工質(zhì)的熱力狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù) 開(kāi)口系統(tǒng)：與外界有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。開(kāi)口系統(tǒng)：與外界有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。 封閉系統(tǒng)：與外界只有封閉系統(tǒng)：與外界只有能量能量交換而無(wú)物質(zhì)交換的系交換而無(wú)物質(zhì)交換的系統(tǒng)。統(tǒng)。 絕熱系統(tǒng)：與外界沒(méi)有絕熱系統(tǒng)：與外界沒(méi)有熱量熱量交換的系統(tǒng)。交換的系統(tǒng)。 孤立系統(tǒng)：與外界既無(wú)孤立系統(tǒng)：與外界既無(wú)能量能量交換，也無(wú)物質(zhì)交換的交換，也無(wú)物質(zhì)交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)。 熱源：與外界僅交換熱源：與外界僅交換熱量熱量。且具有無(wú)窮大熱容量的。且具有無(wú)窮大熱容量的系統(tǒng)。系統(tǒng)。 可壓縮系統(tǒng)：由可壓縮流體構(gòu)成的熱力

5、系統(tǒng)?？蓧嚎s系統(tǒng)：由可壓縮流體構(gòu)成的熱力系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)分類熱力系統(tǒng)分類基本狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)u平衡狀態(tài)：在沒(méi)有外界影響的條件下（重力場(chǎng)平衡狀態(tài)：在沒(méi)有外界影響的條件下（重力場(chǎng)除外），熱力系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀除外），熱力系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。態(tài)。u狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量。狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量。u氣體常用的狀態(tài)參數(shù)有氣體常用的狀態(tài)參數(shù)有6 6個(gè)，其中個(gè)，其中溫度溫度（T T）、）、壓力壓力（p p）和）和比體積比體積（）這三個(gè)物理量，稱基）這三個(gè)物理量，稱基本狀態(tài)參數(shù)。本狀態(tài)參數(shù)。u內(nèi)能（內(nèi)能（U U）、熵（）、熵（S S）、焓（）、焓（H H）。

6、）。溫度溫度u溫度表示氣體的冷熱程度。按分子運(yùn)動(dòng)論，氣體的溫度是溫度表示氣體的冷熱程度。按分子運(yùn)動(dòng)論，氣體的溫度是氣體內(nèi)部分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的物理量。氣體的溫度氣體內(nèi)部分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的物理量。氣體的溫度越高，氣體內(nèi)部分子的平均動(dòng)能就越大。越高，氣體內(nèi)部分子的平均動(dòng)能就越大。u熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度: :開(kāi)氏溫度，用符號(hào)開(kāi)氏溫度，用符號(hào)T T表示，單位為開(kāi)爾文，單表示，單位為開(kāi)爾文，單位符號(hào)為位符號(hào)為“K K” （基本溫標(biāo)（基本溫標(biāo)) )。熱力學(xué)溫度以水的三相點(diǎn)溫?zé)崃W(xué)溫度以水的三相點(diǎn)溫度為基本定點(diǎn)溫度度為基本定點(diǎn)溫度(即水的固、液、氣三態(tài)共存時(shí)的溫度即水的固、液、氣三態(tài)共存時(shí)的溫度)

7、，并規(guī)定其溫度為并規(guī)定其溫度為273.15K。于是。于是1K1K就是水的三相點(diǎn)溫度的就是水的三相點(diǎn)溫度的1/273.151/273.15。u工程上的溫度：攝氏溫度，用符號(hào)工程上的溫度：攝氏溫度，用符號(hào)t t表示，單位符號(hào)為表示，單位符號(hào)為“”“”。u攝氏溫度與開(kāi)氏溫度的關(guān)系為：攝氏溫度與開(kāi)氏溫度的關(guān)系為：t tT T273.15273.15注意：只有開(kāi)氏溫度才是狀態(tài)參數(shù)。注意：只有開(kāi)氏溫度才是狀態(tài)參數(shù)。u定義：定義：氣體在單位面積容器壁上的垂直作用力氣體在單位面積容器壁上的垂直作用力, ,用符號(hào)用符號(hào)p p表示，單表示，單位是帕斯卡，簡(jiǎn)稱為帕（位是帕斯卡，簡(jiǎn)稱為帕（PaPa）。由于帕很小，工程

8、上常用千帕）。由于帕很小，工程上常用千帕（kPakPa）或兆帕（）或兆帕（MPaMPa）為單位。）為單位。 1 kPa =101 kPa =103 3Pa 1 MPa =10Pa 1 MPa =106 6PaPau壓力的表示方法：壓力的表示方法：1.1.絕對(duì)壓力：指氣體作用在容器壁上的真實(shí)壓力絕對(duì)壓力：指氣體作用在容器壁上的真實(shí)壓力, ,用用p p表示。表示。2.2.表壓力：當(dāng)氣體的絕對(duì)壓力高于大氣壓力時(shí)，壓力表指示的數(shù)值表壓力：當(dāng)氣體的絕對(duì)壓力高于大氣壓力時(shí)，壓力表指示的數(shù)值就是表壓力。表壓力等于氣體的絕對(duì)壓力就是表壓力。表壓力等于氣體的絕對(duì)壓力p與大氣壓力與大氣壓力p0的差值，的差值，用用

9、pg表示。其關(guān)系式為表示。其關(guān)系式為pg=p-p0 。3.3.真空度：當(dāng)氣體的絕對(duì)壓力低于大氣壓力時(shí)，真空表測(cè)量的數(shù)值真空度：當(dāng)氣體的絕對(duì)壓力低于大氣壓力時(shí)，真空表測(cè)量的數(shù)值就是真空度。真空度等于大氣壓力與氣體絕對(duì)壓力的差值，用就是真空度。真空度等于大氣壓力與氣體絕對(duì)壓力的差值，用pv表表示。其關(guān)系式為示。其關(guān)系式為pv=p0 -p。注意：只有絕對(duì)壓力才是狀態(tài)參數(shù)。注意：只有絕對(duì)壓力才是狀態(tài)參數(shù)。壓力壓力比體積比體積u比體積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的氣體所占的體積，稱為氣體的比體比體積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的氣體所占的體積，稱為氣體的比體積。用符號(hào)積。用符號(hào)v v表示，單位為表示，單位為m3/kg。u密度：密度：?jiǎn)挝惑w

10、積單位體積的氣體的氣體所具有的質(zhì)量稱為密度，以符號(hào)所具有的質(zhì)量稱為密度，以符號(hào) 表示，其單位為表示，其單位為kg/m3。mVv Vm三、狀態(tài)方程式三、狀態(tài)方程式 簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)平衡態(tài)的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)只有2個(gè) 由氣態(tài)工質(zhì)組成的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)與外界交換的準(zhǔn)靜態(tài)功只有體積變化功（膨脹功或壓縮功） 狀態(tài)方程式：平衡態(tài)下溫度、壓力和比體積3個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系F（p,v,T)=0理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程u理想氣體：分子不占體積、分子之間沒(méi)有吸力的氣體。理想氣體：分子不占體積、分子之間沒(méi)有吸力的氣體。u理想氣體狀態(tài)方程式（克拉貝隆方程式）：溫度、壓力、理想氣體狀態(tài)方程式（克拉貝隆方程式）：溫度

11、、壓力、比體積之間關(guān)系式。比體積之間關(guān)系式。 1 1理想氣體：理想氣體： 理想氣體：理想氣體： 式中：式中：V Vm mkgkg理想氣體的總?cè)莘e，理想氣體的總?cè)莘e，V V= =mvmv。 R R氣體常數(shù)，其數(shù)值取決于氣體的性質(zhì)，單氣體常數(shù)，其數(shù)值取決于氣體的性質(zhì)，單 位為位為kJ/kJ/（kgKkgK）。）。 RTpv mRTpV 狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖：只有狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖：只有2個(gè)獨(dú)立參數(shù)的熱力個(gè)獨(dú)立參數(shù)的熱力系統(tǒng)，可任選系統(tǒng)，可任選2個(gè)參數(shù)組成二維平面坐標(biāo)圖個(gè)參數(shù)組成二維平面坐標(biāo)圖來(lái)描述被確定的平衡態(tài)來(lái)描述被確定的平衡態(tài)準(zhǔn)平衡過(guò)程準(zhǔn)平衡過(guò)程 準(zhǔn)平衡過(guò)程:過(guò)程進(jìn)行的相對(duì)緩慢，工質(zhì)在平衡被破壞后自動(dòng)回

12、復(fù)平衡所需的時(shí)間很短，工質(zhì)有足夠的時(shí)間來(lái)恢復(fù)平衡，不致隨時(shí)顯著偏離平衡狀態(tài) 實(shí)現(xiàn)條件： 推動(dòng)過(guò)程進(jìn)行的不平衡勢(shì)差（壓力差、溫度差等）無(wú)限小1.系統(tǒng)有足夠時(shí)間恢復(fù)平衡可逆過(guò)程可逆過(guò)程 可逆過(guò)程:若系統(tǒng)完成某一過(guò)程之后，可再沿原來(lái)的路徑回復(fù)到起始狀態(tài)，并使相互作用中涉及的外界也回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，而不留下任何變化 嚴(yán)格按照原來(lái)的路徑返回起始狀態(tài) 過(guò)程中不存在任何耗散損失1.可逆過(guò)程就是無(wú)耗散效應(yīng)的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程區(qū)別可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程區(qū)別兩者都是無(wú)限緩慢進(jìn)行的，由無(wú)限接近平衡態(tài)所組成區(qū)別：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程只著眼于工質(zhì)的內(nèi)部平衡，不涉及與外界的能量交換可逆過(guò)程分析工質(zhì)與外界作用所產(chǎn)生的總效果，

13、不僅要求工質(zhì)內(nèi)部平衡，且要求工質(zhì)與外界的作用可以無(wú)條件地逆復(fù)，過(guò)程中不存在任何能量耗散四、工質(zhì)的比熱容(一)比熱容與物質(zhì)單位的關(guān)系因?yàn)楣べ|(zhì)的計(jì)量單位可用、3，所以工質(zhì)的比熱容有如下三種：比質(zhì)量熱容：()比摩爾熱容：()比容積熱容：(3 )(二)比定壓熱容和比定容熱容 氣體在壓力不變或體積不變的情況下被加熱時(shí)的比熱容，分別叫比定壓熱容和比定容熱容，通常用腳標(biāo) 和V來(lái)標(biāo)注。(三)真實(shí)比熱容和平均比熱容 根據(jù)大量精確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和量子力學(xué)理論，理想氣體的比熱容與壓力無(wú)關(guān)，而應(yīng)是溫度的函數(shù)。(四)定比熱容表-理想氣體的定值比摩爾熱容和比熱容比一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能u1 1功功( (力與力方

14、向上的位移的乘積）力與力方向上的位移的乘積）當(dāng)氣體的壓力和容積發(fā)生變化時(shí)，氣體與外界之間相互傳遞的當(dāng)氣體的壓力和容積發(fā)生變化時(shí)，氣體與外界之間相互傳遞的機(jī)械能稱之為功，用機(jī)械能稱之為功，用W表示。單位為焦耳，單位符號(hào)為表示。單位為焦耳，單位符號(hào)為“J”J”或或“kJ”kJ”， 1kJ=101kJ=103 3J J。1kg1kg氣體容積（即比體積）的微小變化量為氣體容積（即比體積）的微小變化量為: : dv = Adx 1kg1kg氣體對(duì)外界所作的微元功為氣體對(duì)外界所作的微元功為: : w= Fdx =pAdx = pdv1kg1kg氣體對(duì)外界所作的功為氣體對(duì)外界所作的功為: :若汽缸內(nèi)的氣體為

15、若汽缸內(nèi)的氣體為m mkgkg，其總?cè)莘e，其總?cè)莘eV=mv，則則m mkgkg氣體從狀態(tài)氣體從狀態(tài)1 1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2 2對(duì)外所作對(duì)外所作的功為的功為: : 21vvwpdv2211vVvVWmwpmdvpdV第二節(jié)熱力學(xué)第一定律規(guī)定：系統(tǒng)對(duì)外做功時(shí)取正值，外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)取負(fù)值一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能u2 2熱量熱量熱量是由于溫度的不同，系統(tǒng)和外界之間穿越邊界而傳遞的能量。熱量是由于溫度的不同，系統(tǒng)和外界之間穿越邊界而傳遞的能量。熱量的國(guó)際單位與功一樣為焦耳，單位符號(hào)為熱量的國(guó)際單位與功一樣為焦耳，單位符號(hào)為“J”J”或或“kJ”kJ”。熱量通常用比熱來(lái)計(jì)算。比熱是指單位

16、量的物質(zhì)溫度每變化熱量通常用比熱來(lái)計(jì)算。比熱是指單位量的物質(zhì)溫度每變化1K1K時(shí)時(shí)吸收或放出的熱量，用符號(hào)吸收或放出的熱量，用符號(hào)c c表示，即表示，即式中：式中：d dq q單位量的物質(zhì)在溫度變化單位量的物質(zhì)在溫度變化d dT T 時(shí)吸收或放出的熱量。時(shí)吸收或放出的熱量。1kg1kg氣體的溫度變化氣體的溫度變化d dT T 時(shí)，吸收或放出的微元熱量時(shí)，吸收或放出的微元熱量d dq q為為:d:dq q= =c cd dT T1kg1kg氣體的溫度從氣體的溫度從T T1 1 T T2 2時(shí)，吸收或放出的熱量時(shí)，吸收或放出的熱量q q為為: :m mkgkg氣體的溫度從氣體的溫度從T T1 1

17、T T2 2時(shí)，吸收或放出的熱量時(shí)，吸收或放出的熱量Q Q為為: :規(guī)定規(guī)定: :氣體從外界吸收熱量為正，向外界放出熱量為負(fù)。氣體從外界吸收熱量為正，向外界放出熱量為負(fù)。注意：功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)。注意：功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)。 一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能u3 3內(nèi)能內(nèi)能氣體的內(nèi)能是指氣體內(nèi)部所具有的各種能量的總和，由氣體分氣體的內(nèi)能是指氣體內(nèi)部所具有的各種能量的總和，由氣體分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間位能組成。子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間位能組成。u內(nèi)能是氣體的狀態(tài)參數(shù)。內(nèi)能是氣體的狀態(tài)參數(shù)。u對(duì)于理想氣體，因假設(shè)其分子間沒(méi)有引力，其位能為零，所對(duì)于理想氣體，因假設(shè)其分子間沒(méi)有引力，其位能為零

18、，所以其內(nèi)能僅指其內(nèi)部動(dòng)能，它是溫度以其內(nèi)能僅指其內(nèi)部動(dòng)能，它是溫度T T 的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。1kg1kg氣體的內(nèi)能用符號(hào)氣體的內(nèi)能用符號(hào)u u 表示，單位為表示，單位為J/kgJ/kg或或kJ/kgkJ/kg，則，則u = f（T）1kg1kg氣體的溫度從氣體的溫度從T1變化到變化到T2時(shí)，其內(nèi)能的變化量時(shí)，其內(nèi)能的變化量u為為: :u = u2u1 = f（T2）f（T1）mkg氣體的內(nèi)能用符號(hào)氣體的內(nèi)能用符號(hào)U U表示，單位為表示，單位為J J或或kJkJ，溫度從，溫度從T1變化到變化到T2時(shí)，其內(nèi)能的變化量時(shí)，其內(nèi)能的變化量U為為: :U = U 2U 1 =mf（T2）f（T1

19、) Fu1/1二、熱力學(xué)第一定律二、熱力學(xué)第一定律u熱力學(xué)第一定律：熱和功可以相互轉(zhuǎn)換，為了要獲得一定量的熱力學(xué)第一定律：熱和功可以相互轉(zhuǎn)換，為了要獲得一定量的功，必須消耗一定量的熱；反之，消耗一定量的功，必會(huì)產(chǎn)生一功，必須消耗一定量的熱；反之，消耗一定量的功，必會(huì)產(chǎn)生一定量的熱。定量的熱。u第一類永動(dòng)機(jī)是不可能被成功地制造的。在熱能與其他能量的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能被成功地制造的。在熱能與其他能量的相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能的總量保持不變相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能的總量保持不變-遵循能量守恒原則遵循能量守恒原則。u1kg氣體由狀態(tài)氣體由狀態(tài)1 1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2 2所經(jīng)歷的過(guò)程中，如果氣體與外所經(jīng)歷的過(guò)

20、程中，如果氣體與外界交換的熱量為界交換的熱量為q1-2，機(jī)械功為，機(jī)械功為w1-2，內(nèi)能的變化量為，內(nèi)能的變化量為u2u1，三者之間的平衡關(guān)系可用能量平衡方程表示為三者之間的平衡關(guān)系可用能量平衡方程表示為: :q1-2= u2u1+ w1-2mkg氣體由狀態(tài)氣體由狀態(tài)1 1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2 2所經(jīng)歷的過(guò)程中，則有所經(jīng)歷的過(guò)程中，則有Q1-2= U2U1+ W1-2u氣體狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，從外界吸收的熱量等到于其內(nèi)能的增加氣體狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，從外界吸收的熱量等到于其內(nèi)能的增加量與對(duì)外所作的機(jī)械功之和。量與對(duì)外所作的機(jī)械功之和。 che1/1三、開(kāi)口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式與焓（略略）圖-4開(kāi)口

21、系統(tǒng)示意圖四、熵及溫熵圖)熵是一狀態(tài)參數(shù)，如已知兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)，即可求出熵的值。)只有在平衡狀態(tài)下，熵才有確定值。)與內(nèi)能和焓一樣，通常只需求熵的變化量，而不必求熵的絕對(duì)值。)熵是可加性的量，工質(zhì)的熵是工質(zhì)的熵的倍，。)在可逆過(guò)程中，從熵的變化過(guò)程中可判斷熱量的傳遞方向：系統(tǒng)吸熱；系統(tǒng)絕熱；系統(tǒng)放熱。)熵可以判斷自然界一切自發(fā)過(guò)程的熵變。pv圖圖u循環(huán)中工質(zhì)所作的凈功為循環(huán)中工質(zhì)所作的凈功為: :w w0 0 u循環(huán)中工質(zhì)從外界吸收的凈熱量循環(huán)中工質(zhì)從外界吸收的凈熱量為為: : q1q2 u由于由于u u=0=0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律。根據(jù)熱力學(xué)第一定律則可得出則可得出: :q1q2= w

22、w0u結(jié)論結(jié)論: :循環(huán)中工質(zhì)從高溫?zé)嵩次昭h(huán)中工質(zhì)從高溫?zé)嵩次諢崃繜崃縬 q1 1，只將其中的一部分轉(zhuǎn)換成，只將其中的一部分轉(zhuǎn)換成機(jī)械功機(jī)械功w w0 0，而另一部分熱量，而另一部分熱量q q2 2傳遞傳遞給低溫?zé)嵩?。給低溫?zé)嵩础?umkg：Q1 Q2=W0圖-5可逆過(guò)程的圖和圖)圖)圖一、定容過(guò)程()過(guò)程方程：定值()基本狀態(tài)參數(shù)間關(guān)系式：()功量與熱量分析計(jì)算第三節(jié)熱力過(guò)程分析定容過(guò)程，故定容過(guò)程膨脹功定容過(guò)程的技術(shù)功為()根據(jù)比定容熱容定義，定容過(guò)程吸收的熱量為或由熱力學(xué)第一定律表達(dá)式Che1/1圖-6定容過(guò)程()圖和圖根據(jù)過(guò)程方程可知，在p圖上定容線是一條與橫坐標(biāo)垂直的直線，如圖

23、-所示。二、定壓過(guò)程()過(guò)程方程：定值()基本狀態(tài)參數(shù)間關(guān)系式：()功量和熱量分析計(jì)算定壓過(guò)程，則膨脹功和技術(shù)功為()類似于定容過(guò)程分析，定壓過(guò)程吸熱量圖-7定壓過(guò)程()圖和圖根據(jù)過(guò)程方程知，在圖上定壓線為一條與縱坐標(biāo)垂直的直線，如圖-所示。三、定溫過(guò)程()過(guò)程方程：由定義知，定溫過(guò)程溫度保持不變，即定值。()基本狀態(tài)參數(shù)間關(guān)系：()功量和熱量的分析計(jì)算 根據(jù)過(guò)程方程，過(guò)程的膨脹功為/根據(jù)理想氣體熱力性質(zhì)，即，從而有因此在理想氣體的定溫過(guò)程中，膨脹功、技術(shù)功和熱量三者相等。圖-8定溫過(guò)程()圖和圖根據(jù)過(guò)程方程知，定溫線在圖上是等軸雙曲線，如圖所示。四、定熵過(guò)程()過(guò)程方程 根據(jù)理想氣體熵變的微

24、分表達(dá)式和定熵過(guò)程熵不變的特點(diǎn)，有定值()基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系 p/pkv/v pv kpv1k T2 /T(v / v) (k1)()功量和熱量的分析計(jì)算定熵過(guò)程的技術(shù)功為定熵過(guò)程是絕熱可逆過(guò)程，故圖-9絕熱過(guò)程()圖和圖由定熵過(guò)程的過(guò)程方程=定值可知，定熵過(guò)程在圖上是一條冪指數(shù)為負(fù)的冪函數(shù)曲線(又稱高次雙曲線)。五、理想氣體的多變過(guò)程圖-0多變過(guò)程u開(kāi)爾文一普朗克說(shuō)法：開(kāi)爾文一普朗克說(shuō)法：“不可能建造一種循環(huán)工作的機(jī)器，其不可能建造一種循環(huán)工作的機(jī)器，其作用只是從單一熱源取熱并全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，而不引起其他變作用只是從單一熱源取熱并全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，而不引起其他變化?；！? (第二類永動(dòng)機(jī)是不可

25、能被成功制造的。第二類永動(dòng)機(jī)是不可能被成功制造的。) )為了連續(xù)地獲得機(jī)械功，至少必須有兩個(gè)熱源，即高溫?zé)嵩春蜑榱诉B續(xù)地獲得機(jī)械功，至少必須有兩個(gè)熱源，即高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩础５蜏責(zé)嵩?。u克勞修斯說(shuō)法：克勞修斯說(shuō)法：“不可能將熱量由低溫物體傳向高溫物體而不不可能將熱量由低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。引起其他變化。” ” 這一表述說(shuō)明：不管利用什么機(jī)器，這一表述說(shuō)明：不管利用什么機(jī)器，熱量不可能自發(fā)地、不花熱量不可能自發(fā)地、不花任何代價(jià)地從低溫物體傳向高溫物體。任何代價(jià)地從低溫物體傳向高溫物體。各種制冷設(shè)備必須消耗各種制冷設(shè)備必須消耗功并把這些功轉(zhuǎn)換為熱量和低溫物體的熱量一起傳給高溫物體，

26、功并把這些功轉(zhuǎn)換為熱量和低溫物體的熱量一起傳給高溫物體，以達(dá)到制冷的目的。以達(dá)到制冷的目的。u結(jié)論：結(jié)論：自發(fā)過(guò)程具有方向性自發(fā)過(guò)程具有方向性-一切自發(fā)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程都是不可一切自發(fā)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程都是不可逆的。逆的。 第四節(jié)熱力學(xué)第二定律一、自發(fā)過(guò)程的方向性與熱力學(xué)第二定律的表述u定義定義: :工質(zhì)由某一初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列的狀工質(zhì)由某一初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列的狀態(tài)變化又重新回到初始狀態(tài)所經(jīng)歷的封閉過(guò)程，態(tài)變化又重新回到初始狀態(tài)所經(jīng)歷的封閉過(guò)程，簡(jiǎn)稱循環(huán)。簡(jiǎn)稱循環(huán)。u循環(huán)可分為正向循環(huán)和逆向循環(huán)。循環(huán)可分為正向循環(huán)和逆向循環(huán)。u循環(huán)過(guò)程可用循環(huán)過(guò)程可用pv圖圖表示。表示。二、熱力循環(huán)與熱效率pv圖圖u循環(huán)中工質(zhì)所作的凈功為循環(huán)中工質(zhì)所作的凈功為: :w w0 0 u循環(huán)中工質(zhì)從外界吸收的凈熱量循環(huán)中工質(zhì)從外界吸收的凈熱量為為: : q1q2 u由于由于u u=0=0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律。根據(jù)熱力學(xué)第一定律則可得出則可得出: :q1q2= w w0u結(jié)論結(jié)論: