高等工程熱力學(xué)教案

1、高等工程熱力學(xué)教案第1頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四能源為人類(lèi)提供能量和動(dòng)力的物質(zhì)資源。常見(jiàn)能源有：化石能、水力能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、核能等絕大多數(shù)能源都是以熱能的形式為人類(lèi)服務(wù)，但我們需要的卻主要是動(dòng)力。人類(lèi)利用熱能目前主要有兩種形式：(1) 熱能的直接利用能的形式不發(fā)生變化；如：取暖、烘烤、冶煉、蒸煮等。(2) 熱能的間接利用能的形式發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、電能等；如：熱力發(fā)電廠、內(nèi)燃機(jī)等，主要用于交通運(yùn)輸、機(jī)械制造等。第2頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四熱能利用的歷史就是一部人類(lèi)的發(fā)展史： 遠(yuǎn)古時(shí)代鉆木取火（烤食、取暖）原

2、始社會(huì)時(shí)期古代冶煉、制造金屬工具（直接利用）封建社會(huì)時(shí)期近代（1784）發(fā)明蒸汽機(jī)（間接利用）工業(yè)革命資本社會(huì)時(shí)期現(xiàn)代建立完善的熱工理論（間接利用）（產(chǎn)生了飛機(jī)、火車(chē)、汽車(chē)、制冷、原子能）信息社會(huì)當(dāng)今 熱傳遞問(wèn)題（傳熱學(xué)） 如何提高效率 間接利用（工程熱力學(xué)）第3頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四概述0.1工程熱力學(xué)的研究對(duì)象及其特點(diǎn)熱物理學(xué)(簡(jiǎn)稱(chēng)熱學(xué)) 研究有關(guān)物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及與熱相聯(lián)系的各種規(guī)律的科學(xué)，它滲透到自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。工程熱科學(xué) 熱物理學(xué)在工程領(lǐng)域的分支和應(yīng)用，工程熱科學(xué)涉及的內(nèi)容很多，主要有工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、物質(zhì)的熱物理性質(zhì)以及這些性質(zhì)在工程領(lǐng)域和新

3、技術(shù)方面的應(yīng)用等等。 第4頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四概述熱力學(xué)研究方法 經(jīng)典熱力學(xué)方法 ：宏觀描述方法 統(tǒng)計(jì)物理學(xué)方法 ：微觀描述方法分別從不同角度去研究問(wèn)題，它們自成獨(dú)立體系，相互間又存在密切的聯(lián)系，相互補(bǔ)充。宏觀描述方法與微觀描述方法的緊密結(jié)合，使熱力學(xué)成為聯(lián)系微觀世界與宏觀世界的一座橋梁。第5頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四概述熱力學(xué) 從對(duì)熱現(xiàn)象的大量的直接觀察和實(shí)驗(yàn)測(cè)量所總結(jié)出來(lái)的普適的基本定律出發(fā)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，通過(guò)邏輯推理及演繹，得出有關(guān)物質(zhì)各種宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系、宏觀物理過(guò)程進(jìn)行的方向和限度等結(jié)論。 任何宏觀的物質(zhì)系統(tǒng)包括

4、化學(xué)的、生物的系統(tǒng)，只要與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)，總應(yīng)遵循熱力學(xué)規(guī)律。熱力學(xué)基本定律是自然界中的普適規(guī)律，只要在數(shù)學(xué)推理過(guò)程中不加上其他假設(shè)，這些結(jié)論也具有同樣的可靠性與普遍性。 第6頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四概述經(jīng)典熱力學(xué) 具有普遍內(nèi)容的唯一的物理理論，是具有普遍性的一門(mén)科學(xué)，可應(yīng)用于任何的宏觀的物質(zhì)系統(tǒng)。 局限性： 第一，它只適用于粒子數(shù)很多的宏觀系統(tǒng)； 第二，它主要研究物質(zhì)在平衡態(tài)下的性質(zhì)； 其三，它把物質(zhì)看為連續(xù)體，不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。它只能說(shuō)明應(yīng)該有怎樣的關(guān)系，而不能解釋為什么有這種基本關(guān)系。第7頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四概述統(tǒng)計(jì)

5、物理學(xué) 熱力學(xué)的微觀描述方法 從物質(zhì)由數(shù)量巨大的分子、原子組成的前提出發(fā)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法，把宏觀性質(zhì)看作微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均值，由此找出微觀量與宏觀量之間的關(guān)系。 彌補(bǔ)了熱力學(xué)方法的不足，使熱力學(xué)的理論具有更深刻的意義。 局限性在于它需對(duì)研究的體系作出簡(jiǎn)化假設(shè)(微觀模型)，使得所得到的理論結(jié)果常與實(shí)驗(yàn)不能完全符合。第8頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四概述 工程熱力學(xué) 熱力學(xué)在工程領(lǐng)域的分支，是研究能量(特別是熱能)的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué) 熱力學(xué)引用的概念常與能量及其轉(zhuǎn)換有關(guān)。 能量和物質(zhì)不可分割，能量的轉(zhuǎn)換有賴(lài)于物質(zhì)狀態(tài)的改變，而且能量具有數(shù)量和質(zhì)量的雙重屬性。

6、 引入了與物質(zhì)有關(guān)的概念，如理想氣體、實(shí)際氣體和蒸汽等； 與描寫(xiě)狀態(tài)和過(guò)程有關(guān)的概念，如平衡態(tài)、可逆過(guò)程等； 又有熵、熱能與機(jī)械能、熱量與功量等對(duì)應(yīng)的概念。 圍繞工程應(yīng)用還引進(jìn)表征能量利用經(jīng)濟(jì)性的概念，如熱效率、火用效率等。 熱力學(xué)中的概念有些是建立熱力學(xué)基本理論必不可少的，例如溫度、平衡態(tài)、可逆過(guò)程、能量、熵、熱量與功等，稱(chēng)為基本概念。 基本概念中，溫度是為研究熱現(xiàn)象引進(jìn)的物理量，平衡態(tài)與可逆過(guò)程是經(jīng)典熱力學(xué)的研究前提，因此這三個(gè)基本概念尤其重要。第9頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四概述 傳熱學(xué) 研究由于溫差而實(shí)現(xiàn)的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。 熱力學(xué)指出，凡是有溫差的地方

7、，就有熱量自高溫物體傳向低溫物體(或從物體的高溫部分傳向低溫部分)。由于自然界到處存在溫差，所以熱量傳遞是普遍的現(xiàn)象。由于熱量傳遞的推動(dòng)力是溫差，所以溫度分布對(duì)熱量傳遞有重大影響。 采用數(shù)學(xué)的手段研究、分析熱量傳遞過(guò)程，一般要假定研究對(duì)象是連續(xù)體，由于熱科學(xué)研究對(duì)象由數(shù)量十分龐大的微觀粒子所組成，所以只要被研究對(duì)象的幾何尺度大于微觀粒子的平均自由程，連續(xù)體的假定即可成立，溫度等參數(shù)即可認(rèn)為是連續(xù)函數(shù)。第10頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四第一章：熱能轉(zhuǎn)變的基本概念1.熱力系、狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)1.1. 熱力系與工質(zhì) 熱力系人為地選取一定范圍的物質(zhì)作為研究對(duì)象，這個(gè)對(duì)象稱(chēng)為

8、熱力系統(tǒng)（system）。 外界熱力系以外的物質(zhì)（也稱(chēng)為環(huán)境）。 邊界熱力系與外界的交界面（界面）。第11頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四邊界可以是假設(shè)的，也可以是真實(shí)的；可以是固定的，也可以是運(yùn)動(dòng)的。真實(shí)的固定的移動(dòng)的12移動(dòng)的12假設(shè)的固定的假設(shè)的假定的變化的第12頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四 閉口系與外界沒(méi)有物質(zhì)交換的熱力系（但可以有能量交換，如加熱）。 開(kāi)口系與外界有物質(zhì)或能量交換的熱力系 絕熱系熱力系與外界無(wú)熱量交換（但有其它能量交換，如功） 孤立系熱力系與外界無(wú)任何能量和物質(zhì)交換。 簡(jiǎn)單可壓縮系由可壓縮的流體構(gòu)成，與外界只有容

9、積變化功交換。 熱源（冷源）能為熱力系提供無(wú)限熱能（冷量），而自身溫度不會(huì)發(fā)生變化。（高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩矗卧?、均相系、多元系、均勻系、非均勻系、?fù)相系等。工質(zhì)用來(lái)實(shí)現(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)稱(chēng)為工質(zhì)。 第13頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四1.2熱力系的狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù) 熱力系的狀態(tài)熱力系在某一瞬間呈現(xiàn)的宏觀物理狀況。平衡狀態(tài)在沒(méi)有外界影響條件下，系統(tǒng)各部分長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生任何變化的狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)用于描述系統(tǒng)平衡狀態(tài)的物理量。狀態(tài)參數(shù)可分為兩類(lèi)：尺度量（廣延量）與系統(tǒng)所包含的物質(zhì)量有關(guān)的量稱(chēng)為尺度量。強(qiáng)度量與所含物質(zhì)量無(wú)關(guān)，熱力系中任一點(diǎn)都具有相同的數(shù)。第14頁(yè)，共6

10、4頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四1.3.基本狀態(tài)參數(shù) 常用的狀態(tài)參數(shù)：壓力p，比容v ，溫度，內(nèi)能U ， 焓，熵?；镜臒崃W(xué)參數(shù):比容v ，壓力p，溫度.（）比容 比容是單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的容積。若m(kg)物質(zhì)占有的容積為(m3)，則比容為：密度是單位容積內(nèi)所含物質(zhì)的量。 第15頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四（）壓力p（a） 壓力是指單位面積上所承受的垂直作用力。 p=F/A (N/m2)常用單位有： kPa; Mpa; mmHg; atm; 托通常用壓力表或真空表測(cè)量流體壓力. 絕對(duì)壓力（p）物質(zhì)的真實(shí)壓力。大氣壓力（pb）大氣環(huán)境的真實(shí)壓

11、力。表壓力（pg）壓力表上讀到的壓力。真空度（pv）真空計(jì)上的讀數(shù)。表壓力與真空度均是環(huán)境壓力與絕對(duì)壓力的差，所以當(dāng)ppb時(shí)，ppgpb 當(dāng)ppb時(shí)，ppbpv 第16頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四（）溫度溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志溫度概念的建立以熱力學(xué)第零定律為依據(jù)。第零定律：與處于熱平衡；與處于熱平衡，則與必然處于熱平衡。 溫度是決定系統(tǒng)間是否處于熱平衡的物理量。 第17頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四溫度的意義溫度的熱力學(xué)定義：決定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的宏觀性質(zhì)。處于熱平衡的各系統(tǒng)溫度相同。 溫度的熱力學(xué)定義提供了溫度測(cè)量的

12、依據(jù)，即被測(cè)物體與溫度計(jì)處于熱平衡時(shí)，就可以從溫度計(jì)的讀數(shù)確定被測(cè)物體的溫度值。第18頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四溫度測(cè)量和溫度計(jì) 溫度計(jì)測(cè)溫原理：當(dāng)一個(gè)物體的溫度改變時(shí)，物體的其它性質(zhì)也將隨之發(fā)生變化，可根據(jù)這些變化性質(zhì)中的某些參數(shù)測(cè)量物體的溫度，指明溫度的數(shù)值。 溫度與熱力學(xué)第零定律 溫度計(jì)測(cè)溫屬性氣體溫度計(jì)壓力或體積液體溫度計(jì)體積電阻溫度計(jì)電阻熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)磁溫度計(jì)磁化率光學(xué)溫度計(jì)輻射強(qiáng)度第19頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四溫 標(biāo) 為了給溫度的測(cè)量賦予一定數(shù)值，必須科學(xué)地建立起一套規(guī)則，把不同的溫度指定不同的數(shù)值,這就是所謂的溫標(biāo)

13、。 華氏溫標(biāo) ：鹽水混合物的冰點(diǎn)溫度為零度，人體溫度為96度，則冰點(diǎn)與蒸氣點(diǎn)分別為32度和212度，按照水銀溫度計(jì)的長(zhǎng)度等分；攝氏溫標(biāo)：將1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)和蒸氣點(diǎn)之間的溫度等分為100度，并以冰點(diǎn)作為零點(diǎn)。 溫度與熱力學(xué)第零定律 第20頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的問(wèn)題：什么叫做均分？使用不同的物質(zhì)作為測(cè)溫的工質(zhì)得到不同的結(jié)果；熱力學(xué)溫標(biāo)：從熱力學(xué)第二定律出發(fā)得到的絕對(duì)溫標(biāo)，與任何工質(zhì)無(wú)關(guān)，是一種理論溫標(biāo)；溫度與熱力學(xué)第零定律 熱力學(xué)溫標(biāo)第21頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四熱力學(xué)溫標(biāo)與其它溫標(biāo)溫度與熱力學(xué)第零定律 熱力學(xué)

14、溫標(biāo)只需要定義一個(gè)溫度的量值，其它溫度值就全部確定了。1854年，開(kāi)爾文提議將水的三相點(diǎn)溫度定義為273.16 K，1954年第十屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式采納。KCF水三相點(diǎn)273.160.0132.02冰點(diǎn)273.150.0032.00水沸點(diǎn)373.124399.9743211.95絕對(duì)零度0-273.15-459.67第22頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四利用某些氣體在低壓下,壓力或容積隨溫度的變化是確定溫標(biāo)的最佳選擇；理想氣體溫標(biāo)其定義與熱力學(xué)溫標(biāo)一致，是其一級(jí)近似，不過(guò)是一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)；定容式溫度計(jì)的測(cè)量原理：溫度與熱力學(xué)第零定律 理想氣體溫標(biāo)第23頁(yè)，共64頁(yè)，20

15、22年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四理想氣體溫標(biāo)應(yīng)用溫度與熱力學(xué)第零定律 Tptr氣體A氣體B氣體C第24頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四理想氣體溫標(biāo)的氣體溫度計(jì) 雖與采用的某種氣體種類(lèi)無(wú)關(guān)，但溫度讀數(shù)必須校正到理想氣體狀態(tài)時(shí)讀數(shù)。這種測(cè)量和修正都是極為精確和繁復(fù)的工作，只有極少數(shù)實(shí)驗(yàn)室有此條件，因此，目前氣體溫度計(jì)僅作為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。 實(shí)用的二級(jí)溫度計(jì)采用國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)，它所得出的溫度偏離熱力學(xué)溫標(biāo)極小，廣泛用于校核科研或工業(yè)用溫度計(jì)。第25頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四溫度與熱力學(xué)第零定律 地點(diǎn)或狀態(tài)溫度激光管內(nèi)發(fā)射激光的氣體0 K

16、宇宙大爆炸后的10-43 s1032 K氫彈爆炸中心108 K實(shí)驗(yàn)室已獲得的最高溫度6107 K太陽(yáng)中心1.5107 K地球中心4000 K乙炔焰2900 K月球向陽(yáng)面400 K(127 C)地球最高氣溫（利比亞）331 K(58 C)地球上的最低氣溫（南極）185 K(-88C)月球背陰面90 K(-183 C)He的正常沸點(diǎn)4.2 K星際空間2.7 K核自旋冷卻法激光冷卻法(朱棣文)210-10 K2.410-11 K我們身邊的溫度第26頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四1.4 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)一個(gè)熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變，則

17、系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱(chēng)為平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)是研究熱現(xiàn)象時(shí)為簡(jiǎn)化物體狀態(tài)隨時(shí)間變化的復(fù)雜性而引用的基本概念。熱力學(xué)中的平衡是指物系的宏觀狀態(tài)而言，由于組成物系的粒子總在永恒不息的運(yùn)動(dòng)中，其微觀狀態(tài)，是不能不變的，如平衡態(tài)物系的溫度不隨時(shí)間變化，是指分子的平均移動(dòng)動(dòng)能為恒值。 第27頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四平衡和均勻 處于平衡狀態(tài)物系的狀態(tài)不隨時(shí)間改變，平衡和時(shí)間的概念聯(lián)系在一起。 均勻則指物系內(nèi)部空間各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)均勻一致，均勻是相對(duì)空間而言的。 不平衡系一般是不均勻系，但處于平衡態(tài)的物系未必一定是均勻的。 第28頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星

18、期四處于重力場(chǎng)中的氣體或液體平衡時(shí)上部和下部的密度不同，不能稱(chēng)為均勻系。但若所研究物系的高度有限，重力場(chǎng)對(duì)氣體密度的影響甚微，可以忽略不計(jì)，從而把處于平衡狀態(tài)的單相物系看作均勻系。汽液兩相平衡的物系，即使略去重力場(chǎng)的影響，兩相的密度相差甚大，此時(shí)，物系雖處于復(fù)相平衡狀態(tài)，但不能看作均勻系了。第29頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四局部平衡假設(shè) 平衡狀態(tài)下，由于勢(shì)差消失，所以無(wú)論是熱量的傳遞還是其他能量的傳遞的速率均趨于零。為了描述實(shí)際有限勢(shì)差作用過(guò)程，常引用局部平衡假設(shè)。 局部平衡假設(shè)是把處在不平衡狀態(tài)的體系，分割成許多小部分(這些宏觀上“小”的部分，在微觀上仍包含有大

19、量的粒子)，假設(shè)每小部分各自近似地處于平衡狀態(tài)。 這樣，每一子體系，就可用狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述。 對(duì)于像熱力學(xué)能、熵等這樣的廣延參數(shù)，將各部分的數(shù)值相加，即可得整個(gè)體系的值， 溫度和壓力這類(lèi)強(qiáng)度參數(shù)，可以看作連續(xù)分布，形成所謂的“場(chǎng)的概念。 第30頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四溫度場(chǎng)就是物體中溫度隨時(shí)間和空間坐標(biāo)的分布穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng) 第31頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四1.5平衡的判據(jù) 熱平衡 力平衡 相平衡 化學(xué)平衡 第32頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四1.5.1 平衡判據(jù) 在沒(méi)有外界影響的條件下，一個(gè)系統(tǒng)是否平衡，完

20、全由其本身的狀態(tài)確定，所以可以用系統(tǒng)的某種狀態(tài)函數(shù)作為平衡的判據(jù)。 平衡判據(jù)應(yīng)隨系統(tǒng)的約束條件而異。 在導(dǎo)出平衡判據(jù)時(shí)應(yīng)注意，系統(tǒng)可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或相變，一個(gè)總質(zhì)量恒定的化學(xué)系統(tǒng)在達(dá)到化學(xué)平衡前各組分的質(zhì)量并非恒量，因而系統(tǒng)的熱力學(xué)能、焓及體積等性質(zhì)也隨各組分質(zhì)量變化而變化。第33頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四孤立系孤立系熵增原理 孤立系自發(fā)變化的方向(dsiso0)和實(shí)現(xiàn)平衡的條件(dsiso=0) 約束條件 :E=常數(shù)第34頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四對(duì)于只有體積變化功一種模式的功交換的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)和外界沒(méi)有功交換：系統(tǒng)的體積不應(yīng)

21、改變無(wú)熱交換：系統(tǒng)的熱力學(xué)能也不變 第35頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四非孤立系統(tǒng)簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng) 與系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換的外界熱源溫度 包括膨脹功在內(nèi)的系統(tǒng)對(duì)外作功的總和 第36頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四若系統(tǒng)變化過(guò)程中溫度T為常數(shù)，考慮到系統(tǒng)與外熱源保持熱平衡，則二者溫度相等T=Tr A,亥姆霍茲函數(shù)(Helmholtz function) 第37頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四V=常數(shù)定溫定容系統(tǒng)過(guò)程進(jìn)行的方向是dAT,V0；實(shí)現(xiàn)平衡的條件為dAT,V=0 第38頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)3

22、5分，星期四如約束條件為T(mén)=常數(shù)及p=常數(shù) 定溫定壓系統(tǒng)可用自由焓變化指出過(guò)程的方向(dGT,p0)及平衡的條件(dGT,p=0) 自由焓，又稱(chēng)吉布斯函數(shù)(Gibbs function) 第39頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四一個(gè)由r種物質(zhì)組成的化學(xué)系統(tǒng)，它的自由焓函數(shù) 因化學(xué)不平衡而產(chǎn)生的G的變化 第40頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四第41頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四第42頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四穩(wěn)定平衡判據(jù)孤立系統(tǒng)判別是平衡或是非平衡 用以確定平衡是否穩(wěn)定 第43頁(yè)，共64

23、頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四第44頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四第一章 基本概念定溫定容系統(tǒng) 定溫定壓系統(tǒng) 第45頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四1.4.狀態(tài)方程兩個(gè)相互獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)可以確定系統(tǒng)平衡態(tài)。三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，稱(chēng)為狀態(tài)方程。常見(jiàn)的狀態(tài)方程有：理想氣體方程：范德瓦爾斯方程：平衡狀態(tài)下，可用二維平面坐標(biāo)圖描述系統(tǒng)狀態(tài)： 1(T1,s1)TT1s1s1(p1,v1)pp1v1v第46頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四熱力過(guò)程、功和熱量2.1.熱力過(guò)程 要實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化，

24、必須通過(guò)工質(zhì)的狀態(tài)變化才能實(shí)現(xiàn)：工質(zhì)狀態(tài)變化熱力系只能對(duì)平衡態(tài)進(jìn)行描述熱能熱能熱能機(jī)械能功動(dòng)能第47頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四準(zhǔn)平衡態(tài)由此引進(jìn)準(zhǔn)平衡態(tài)的概念！準(zhǔn)靜態(tài)就是無(wú)限接近于平衡態(tài)的狀態(tài)。第48頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四考查一個(gè)漸變的過(guò)程：狀態(tài)1狀態(tài)2一系列中間狀態(tài)1vp2第49頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四可逆過(guò)程如果系統(tǒng)完成某一熱力過(guò)程后，再沿原路經(jīng)逆向返回，能使系統(tǒng)和外界都恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)而不留下任何變化的過(guò)程。 （要包括系統(tǒng)及外界都不發(fā)生任何變化） 特征：（）可逆過(guò)程必然是準(zhǔn)平衡過(guò)程。（）可逆過(guò)

25、程不應(yīng)有摩擦、電阻、磁阻等耗散效應(yīng)存在?？赡孢^(guò)程是理想過(guò)程（充要條件）：只有準(zhǔn)平衡且無(wú)任何耗散效應(yīng)的過(guò)程才是可逆過(guò)程。實(shí)際過(guò)程都是不可逆的。 第50頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四2.2. 功和熱量功在力的作用下，通過(guò)宏觀有序運(yùn)動(dòng)而傳遞的能量Fdx 第51頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四 在傳遞中才有意義，一旦越過(guò)邊界，就成為外界的能量。 是過(guò)程量，與初終態(tài)有關(guān)，還與過(guò)程有關(guān)。 系統(tǒng)對(duì)外做功為正，外界對(duì)系統(tǒng)做功為負(fù)。功的單位：（焦耳） 功率單位 （瓦特） 熱力系通常是通過(guò)容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)功的傳遞的，稱(chēng)容積變化功. 在準(zhǔn)靜態(tài)可逆過(guò)程時(shí)，對(duì)外做功由系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)決定的，不用考慮外界因素。 dxppb A第52頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)35分，星期四在p圖上表示：線下的面積即為功，所以p圖叫示功圖。 pV12p第53頁(yè)，共64頁(yè)，2