高等工程熱力學第1章課件

第一章基本概念第一節(jié)平衡狀態(tài)及判定定義：系統(tǒng)在不受外界影響（外力場作用）條件下，宏觀熱力性質不隨時間變化的狀態(tài)，稱平衡狀態(tài)。第一章基本概念第一節(jié)平衡狀態(tài)及判定1第一章基本概念熱力學的平衡條件：力平衡、熱平衡勢平衡（即無化學反應的勢的變化）。

物系是否處于平衡態(tài)，應從本質而不能從現象來判別。例如穩(wěn)態(tài)導熱中，物系的狀態(tài)也不隨時間而變，但此時在外界的作用下物系有內外勢差存在，因此該物系的狀態(tài)只能稱為穩(wěn)態(tài)，而不是平衡態(tài)。平衡時各點強度性參數都一樣。平衡必穩(wěn)態(tài)，但穩(wěn)態(tài)不一定平衡。

第一章基本概念熱力學的平衡條件：2高等工程熱力學第1章課件3第一章基本概念平衡和均勻是兩種不同性質的概念。處于平衡態(tài)的物系狀態(tài)不隨時間改變，平衡和時間的概念聯系在一起。而均勻是指物系內部空間各點的狀態(tài)參數均勻一致，均勻是相對空間而言的。均勻不一定平衡，平衡亦不一定均勻。

第一章基本概念平衡和均勻是兩種不同性質的概念。處于47能夠始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。熱力學中的平衡是指物系的宏觀狀態(tài)而言 倘若組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有熱量的傳遞，系統(tǒng)就處于熱的平衡；各部分之間沒有相對位移，系統(tǒng)就處于力的平衡。同時具備了熱和力的平衡，系統(tǒng)就處于熱力平衡狀態(tài)。如果系統(tǒng)內還存在化學反應，還應包括化學平衡。處于熱力平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，只要不受外界影響，它的狀態(tài)就不會隨時間改變，平衡也不會自發(fā)地破壞。

平衡態(tài)判據

一、平衡的一般概念一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)7能夠始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。熱力學中的58力平衡相平衡化學平衡相間物質的傳遞可以看作化學反應的特例化學平衡實現平衡的條件

不平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，在沒有外界條件的影響下，總 會自發(fā)地趨于平衡狀態(tài)。

只有在系統(tǒng)內或系統(tǒng)與外界之間一切不平衡的勢差都不存在時，系統(tǒng)的一切宏觀變化方可停止，此時熱力系統(tǒng)所處的狀態(tài)才是平衡狀態(tài)。 就平衡而言，沒有勢差是其本質，而狀態(tài)不變僅是現象。 物系是否處于平衡態(tài)，應從本質而不能從現象來判別。

系統(tǒng)達到平衡需同時達到

熱平衡8力平衡相間物質的傳遞可以看作化學反應的特例化學平衡實現平衡6孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)熵增原理指出：自發(fā)變化的方向實現平衡的條件E=常數是孤立系變化的約束條件；V＝常數及U=常數是簡單可壓縮孤立系約束條件：

9二、平衡判據

1、平衡的普遍判據孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)熵增原理指出：自發(fā)變化的方向E=常數710δQ TrdS≥2、定溫、定容和定溫、定壓系統(tǒng)平衡判據

熱力學第二定律的數學表達式

δQ=dU+δWtotdU+δW TrdS≥dU+δW TdS≥移項整理

外界熱源溫度對于簡單可壓縮系T為常數，熱平衡

T=Tr10δQdS≥2、定溫、定容和定溫、定壓系統(tǒng)平衡判據811

dAT≤-δW另一約束條件為V＝常數，則 定溫定容系統(tǒng)過程進行的方向： 實現平衡的條件：

dAT,V≤

0dAT,V<0

dAT.V=0定溫定壓系統(tǒng)過程的方向：平衡的條件：dGT,p<0dGT,p=0

dU-d(TS)=d(U-TS)≤-δW A＝U-TS自由能（亥姆霍茲函數）同理dGT,p≤

0G=H-TS

自由焓(吉布斯函數)11 dAT≤-δW dAT,V≤0定溫定壓9其中是驅使第i種組分變化的勢，即化學勢：12由r種物質組成的化學系統(tǒng),nr)G=G(p,T,n1,n2,熱力平衡系統(tǒng)三、化學勢 驅使物質改變的勢叫化學勢。

用G表示的化學勢其中是驅使第i種組分變化的勢，即化學1013

改變約束條件，化學勢還可有其它的表達式、但是無論如何表示，其實質都相同：

據化學勢概念，定溫、定容和定壓、定溫系統(tǒng)的平衡判據:用A表示的化學勢13 改變約束條件，化學勢還可有其它的表達式、但是 據化學勢11四.穩(wěn)定平衡判據 力學中平衡的穩(wěn)定性

如何判別系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)？

已處于平衡態(tài)的物系的狀態(tài)不會改變，熵達最大。假想系統(tǒng)偏離原有狀態(tài)發(fā)生“虛變化”，設S=f(x)， 按泰勒級數展開

14穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡隨遇平衡亞穩(wěn)定平衡四.穩(wěn)定平衡判據 如何判別系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)？穩(wěn)12dS1dS=δS+δS+ΔS-δS=δ2

S+2，

δ1SU,V=0δ2SU,V<0

15系統(tǒng)熵的一階變化系統(tǒng)熵的二階變化ΔS=δx+(δx)2

+

2dx2!dx2

12

2!12高價無窮小δS≠0ΔS=δSδS＝0ΔS的正、負號取決于d2Sdx平衡時熵d2S達極大值dx2<0ΔS<0ΔS和δS同號忽略高價無窮小dS1dS=δS+δS+ΔS-δS=13δSU,VδAT,V=0δAT,V>0δGT,p=016不穩(wěn)定狀態(tài)1=0δ1SU,V=0δ2

SU,V>0δ2

SU,V<0亞穩(wěn)定平衡態(tài)與此相似，定溫定容系統(tǒng)，平衡與穩(wěn)定的條件12定溫定壓系統(tǒng)，平衡與穩(wěn)定的條件1δ2GT,p>0

δ1SU,V=0δ2

SU,V<0平衡的必要條件 平衡穩(wěn)定的條件孤立系實現平衡的必要與充分條件δ1SU,V=0δ2

SU,V=0隨遇平衡態(tài)δSU,VδAT,V=0δAT,V>14或化學的不平衡才促使工質向新的狀態(tài)變化，故實際過程都是不平衡的。

過程

不同形式能量之間的轉換必須通過工質的狀態(tài)變化過程才能完成。 一切過程都是平衡被破壞的結果，工質和外界有了熱的、力的

一、準平衡（靜態(tài)）過程隨時都不顯著偏離平衡狀態(tài)的過程。 條件：過程進行得相對緩慢； 促使變化的勢差相對較??； 工質能恢復平衡。 準平衡過程中，物系隨時處于完全平衡中，因而狀態(tài)變化的軌跡可用熱力性質圖上的過程曲線表示。

17或化學的不平衡才促使工質向新的狀態(tài)變化，故實際過程都是不平衡1518二、可逆過程

當物系完成了某一過程之后能沿相同的路徑逆行而回復到原來狀態(tài)，并使過程中所涉及到的外界亦回復到原來狀態(tài)，而不留下任何改變的過程。 可逆過程與準靜態(tài)過程的關系非準靜態(tài)不可逆準靜態(tài)可逆單純傳熱18二、可逆過程非準靜態(tài)單純傳熱1619Fpαf非準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程，不可逆pA>Fcosα+fpA=Fcosα+fpb膨脹作功4.可逆過程可用狀態(tài)參數圖上實線表示。

pA=Fcosα

(f=0)準靜態(tài)過程，可逆討論：

1.可逆=準靜態(tài)+沒有耗散效應；

2.一切實際過程不可逆；

3.內部可逆過程概念；19Fpαf非準靜態(tài)過程pA>Fcosα+fpb1720內部平衡并無關系，準平衡過程進行時可能發(fā)生能量耗散；可逆過程則是分析系統(tǒng)與外界作用所產生的總效果，不僅要求系統(tǒng)內部是平衡的，而且要求過程進行時不存在任何能量的耗散；可逆過程必然是準平衡過程，而準平衡過程只是可逆過程的必要條件。

過程不可逆的成因： 有限勢差作用——不平衡過程，產生一些不可 回復的后遺效果，消除這種后果要付出代價。 與物性有關的耗散損失——摩擦、粘性以及電 阻、磁阻等的作用而產生不可逆損失。 物系進行了一個不可逆過程必定會產生損失。 可逆過程必定可用狀態(tài)參數圖上連續(xù)實線表示。

準平衡過程和可逆過程的區(qū)別準平衡過程著眼系統(tǒng)內部平衡，有無外部機械摩擦對工質20內部平衡并無關系，準平衡過程進行時可能發(fā)生能量耗散；可逆1821耗散損失孤立起來，使問題簡化。

熱力學中引用可逆過程概念的原因： 實際過程都是不可逆的。可逆過程是不引起任何熱力學損失的理想過程。 在分析過程外部條件對能量轉換影響時，把與物性有關的21耗散損失孤立起來，使問題簡化。 熱力學中引用可逆過程1922

熱量和功量一、熱量

定義：僅僅由于兩個系統(tǒng)之間溫度不同而引起的從一個系統(tǒng)向另一個系統(tǒng)傳遞的能量。 熱量是在傳送過程中的能量，不是存貯在系統(tǒng)中的能 量，因此熱量不是系統(tǒng)的狀態(tài)參數，熱量是過程的函數。熱量可通過比熱容來計算δQ=mcdTδQ=TdS

熱量也可通過能量方程來計算δQ=dU+δW可逆過程熱量還可根據系統(tǒng)熵的變化來計算22 熱量和功量熱量可通過比熱容來計算δQ=2023二、功量

1、定義：功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果可表現為舉起重物。

功是熱力系通過邊界與外界交換的能量，不是狀態(tài)的函數，所以與系統(tǒng)本身具有的宏觀運動動能和宏觀位能不同。2、功的計算A、可壓縮物體的膨脹功和壓縮功（或統(tǒng)稱體積功）23二、功量功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果21W=∫24F A=E·

eσ=F=AE·

e根據應變的定義dL=L0de把彈性桿或金屬絲作為熱力系統(tǒng)，則外界所耗的功為

δW=-FdLAEL0

2(e)2

ee=0?AEL0ede=?

B.拉伸彈性杠或金屬絲所耗的功設彈性構件等溫拉伸，按虎克定律，W=∫24F=E·eσ=F=AE·e根據22W=?∫σdA25C、液膜表面張力功 設液體表面薄膜張于金屬線框上，線框的右側為一可以移動的金屬線如圖。把液體薄膜當作一個熱力系統(tǒng)來研究，將液體薄膜向右拉大面積dA，而液體薄膜的表面張力為σ

，表面張力即擴大液膜單位面積時外界對它所做的功，則擴大液膜面積dA時，外界對它所做的功為

δW=-σdA表面張力功

2 1一個液膜有上下兩個表面

dA=2ldxW=?∫σdA25C、液膜表面張力功 δW=-σ2326iδWtot=Fdxi=∑FidxiD、可逆電池充電所耗功 可逆電池充電所消耗的功為：

δW=-EdQe

δW=?Eidτ

熱力學系統(tǒng)功的廣義表達式：

廣義力，強度參數廣義位移的微分量，廣延參數

δWtot=pdV-FdL-σdA-EdQe+下一章26iδWtot=Fdxi=∑FidxiD、可2427★熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）,外界和邊界

?系統(tǒng)： 人為分割出來，作為熱力學 研究對象的有限物質系統(tǒng)。

?外界：與體系發(fā)生質、能交換的物系。

?邊界：系統(tǒng)與外界的分界面（線）。 注意：1）系統(tǒng)與外界的人為性；

2）外界與環(huán)境介質；

3）邊界可以是：

a）剛性的或可變形的或有彈性的；b）固定的或可移動的；c）實際的或虛擬的?；仡?7★熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）,外界和邊界b）固定25?熱力系分類（1）?按組元數

單元系 多元系?按相數

單相系 復相系注意：1）不計恒外力場影響。2）復相系未必不均勻—濕蒸汽； 單元系未必均勻—氣液平衡分離狀態(tài)。?熱力系分類（2）按系統(tǒng)與外界質量交換分：

閉口系

（控制質量CM）—沒有質量越過邊界

28?熱力系分類（1）?按組元數?按相數注意：1）不計恒外2629

開口系（控制體積CV）

—通過邊界與外界有質量交換絕熱系

與外界無熱量交換;

孤立系

與外界無任何形式的質能交換。

簡單可壓縮系

—由可壓縮物質組成，無化學反應、與外界有交換容積變化功的有限物質系統(tǒng)。29 開口系（控制體積CV）換容積變化功的有限物質系統(tǒng)。2730

注意：

1）閉口系與系統(tǒng)內質量不變的區(qū)別；

2）開口系與絕熱系的關系；

3）孤立系與絕熱系的關系。?熱力系示例?剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，一側設有電熱絲。

紅線內

——閉口絕熱系

黃線內（不包含電熱絲）

——閉口系

綠線內（包含電熱絲）

——閉口絕熱系

蘭線內——孤立系30 注意：——孤立系2831?剛性絕熱噴管取紅線為系統(tǒng)—

閉口系取噴管為系統(tǒng)—開口系絕熱系??A、B兩部落“雞、犬 之聲相聞，民至老死不 相往來”AB—孤立系A部落為系統(tǒng)

—閉口系

A+B部落為系統(tǒng)31?剛性絕熱噴管取紅線為系統(tǒng)— 閉口系開口系絕熱系??29∫★熱力學狀態(tài)和狀態(tài)參數

?熱力學狀態(tài)

—系統(tǒng)宏觀物理狀況的綜合

?狀態(tài)參數

—描述物系所處狀態(tài)的宏觀物理量

a）狀態(tài)參數是宏觀量，是大量粒子的平均效應，只有 平衡態(tài)才有狀參，系統(tǒng)有多個狀態(tài)參數，如

p,V,T,U,H,S,F,G等。

b）狀態(tài)參數的特性—狀態(tài)的單值函數11物理上—與過程無關數學上—其微量是全微分，dx=0∫b2C）狀態(tài)參數分類： 廣延量 強度量（廣延量的比性質，具有強度量特性）32∫★熱力學狀態(tài)和狀態(tài)參數11物理上—與過程無關∫b2C）30?t()?32?F33?273.15?系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件：

所有狀參一一對應相等 簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：

兩個獨立的狀態(tài)參數對應相等?基本狀態(tài)參數

?溫度

測溫的基礎—熱力學零定律 熱力學溫標和國際攝氏溫標59t(°°C)=??

{t}C={T}K附：華氏溫標和攝氏溫標?t()?32?F33?273.15?系31?壓力絕對壓力p；表壓力pe（pg）;真空度pv；p=pb+pe(p>pb)p=pb-pv(p<pb)F Ap=U動壓力、靜壓力、滯止壓力和絕對壓力??熱力學能

UchUnuUthUk平移動能轉動動能振動動能f1(T)Up—f2(T,v)

34U=U(T,v)?壓力絕對壓力p；p=pb+pe(p3235kp總能?總（儲存）能

熱力學能，內部儲存能E=U+E+E

宏觀動能宏觀位能 外部儲存能35kp總能?總（儲存）能E=U+E+E33推動功：系統(tǒng)引進或排除 工質傳遞的功量。pAΔH=pv?焓

?推動功和流動功流動功：系統(tǒng)維持流動 所花費的代價。p2v2-p1v1(=Δ[pv])

?焓●定義：H=U+pV●物理意義：引進或排出工質而輸入或排出系統(tǒng)的總能量。36推動功：系統(tǒng)引進或排除pAΔH=pv?焓流動功：系統(tǒng)維3437

☆熵是狀態(tài)參數

1）證明：任意可逆過程可 用一組初、終態(tài)相同 的由可逆絕熱及等溫 過程組成的過程替代。如圖1-2可用1-a，a-b-c及c-2代替W1-a=-A

B=D+FW1-2=C+E+Dwa-c=B+A+C+E+Gwc-2=-F-G令O?熵

?克勞修斯熵RδQ TdS=37 ☆熵是狀態(tài)參數W1-a=-A B=D3538W1-

a-c-2=w1-

a+wa-c+wc-

2Δu1-2=Δu1-a-c-2=-A+(B+A+C+E+G)-(F+G)

=B+C+E-F=D+F+C+E-F=D+C+E=w1-

2q1-2=Δu1-2+w1-2=q1-a-c-2=Δu1-a-

c-

2+w1-

a-

c-2O38W1-a-c-2=w1-a+wa-c36δq2iδq1i?=0?∑392）熵參數的導出TL,iTH,iδq2iδq1iηt,i=1-=1-δq1iTH,i令分割循環(huán)的可逆絕熱線無窮大，且任意兩線間距離0，則δqiTr,i

qTr

=TL,iTH,i

δq2i

TL,i

?Σ=0

O=0δq2iδq1i?=0?3740δq Trδq T=0→=0∫∫δq Trevds=討論：

1）因證明中僅利用卡諾循環(huán)，故與工質性質無關；

2）因s是狀態(tài)參數，故Δs1-2=s2-s1與過程無關；δq Tr=03)∫--克勞修斯積分等式，（Tr–熱源溫度）令s→狀態(tài)參數40δqδq=0→=0∫∫δqds=討論：δq=03841?克勞修斯積分不等式

可逆小循環(huán) 用一組等熵線分割循環(huán) 不可逆小循環(huán)可逆小循環(huán)部分：

qTrΣ=0不可逆小循環(huán)部分：q2,iq1,i

TL,iTH,i1-<1-q2,i

q1,iTL,iTH,i

q1,iTH,i

q2,iTL,i>?-<0

qTr?Σ<0O41?克勞修斯積分不等式可逆小循環(huán)部分： qΣ=0不可逆39可逆部分+不可逆部分

qTrΣ可逆“=”不可逆“<”注意：

1）Tr是熱源溫度

2）工質循環(huán)，故q的符號以工質考慮。

42δq Tr<0?<0∫δq Tr?≤0∫結合克氏等式，有克勞修斯不等式可逆部分+不可逆部分 qΣ可逆“=”注意：δq<0?<40<0?∫∫+<01A2TT?∫∫?∫<∫<?1A2TT1A2TTrrrr?∫∫<=s21?s1A2TTds>Δs1?2=∫∫ds>Tr∫43?第二定律的數學表達式δq Tr∫1122δqδqδq

2B1 rrrrev

2B11B21B2δqδqδqδq

δqδq

O0><0?∫∫+<41s21≥∫?s所以

21δq Trδq Tr

≤0ds≥

δq

∫

Tr可逆“=”不可逆，不等號

第二定律數學表達式討論：

?違反上述任一表達式就可導出違反第二定律

?熱力學第二定律數學表達式給出了熱過程的 方向判據

44s21≥∫?s所以 2δqδqds42+Rggln2=RlnT2v2T1v1Δs=cVlnq=TΔs>0Δs=Rgln2q=0

45

并不意味

1a)2δq

1

b)若熱源相同，則說明δqrev>δqirr或熱源相同，熱量 相同，但終態(tài)不同，經不可逆達終態(tài)s2'>s2（可逆達終 態(tài)），如：+Rgg4346?熵的微觀意義1）有序和無序有序無序46?熵的微觀意義1）有序和無序有序無序442）熵增與無序度abcv2v1假定為理想氣體，自由膨脹Δs=Rglnsc>sb>saabsa>sbabΔsab>0

ta<tb

Δsab>0

472）熵增與無序度abcv2假定為理想氣體，自由膨脹Δs=45dS=??48熵是系統(tǒng)微觀粒子無序度大小的度量。微觀狀態(tài)數W——表示宏觀系統(tǒng)的無序度，S=klnW玻爾茲曼關系玻爾茲曼常數

?δQ? ?T?revS=klnW一致的克勞修斯熵 波爾茨曼熵dS=??48熵是系統(tǒng)微觀粒子無序度大小的度46熵是由大量微觀粒子組成的宏觀體系的一種特性，正比于體系宏觀狀態(tài)概率的對數，某種宏觀狀態(tài)的熵值大，意味著這種狀態(tài)出現的概率大，表示這種狀態(tài)中微觀粒子處于“無序”、“混亂”；宏觀狀態(tài)的熵值小，意味著這種狀態(tài)出現概率小，表示微觀粒子“有序”、“整齊”。吸收熱量，系統(tǒng)微觀粒子的運動更為劇烈，微觀粒子處于更“無序”、“混亂”的狀態(tài)，即熵值增大；反之放熱系統(tǒng)微觀粒子的運動受“凍結”，使微觀粒子“有序”、“整齊”，熵值減小。?如何改變系統(tǒng)的熵 ●改變系統(tǒng)質量——質熵流 ●與系統(tǒng)進行熱交換——熱熵流 ●系統(tǒng)內進行不可逆過程——熵產

49熵是由大量微觀粒子組成的宏觀體系的一種特性，正比于體系宏觀狀47?Δf=∫pdv

21?亥姆霍茲函數和吉布斯函數

?亥姆霍茲函數F（比亥姆霍茲函數f）—又稱自由能

a）定義：F=U–TS；f=u–Ts

b）因U，T，S均為狀態(tài)參數，所以F也是狀態(tài)參數

c）單位J（kJ）

d）物理意義

δq=du+δw?

Tds=du+pdv?

du=Tds-pdv

df=du-Tds-sdT=-sdT-pdv定溫過程所以，可逆定溫過程中自由能的減少量是過程膨脹功。

亥姆霍茲函數也可用A表示。

50?Δf=∫pdv 2?亥姆霍茲函數和吉布斯函數定48定溫過程：51?吉布斯函數G（比吉布斯函數g）—又稱自由焓a）定義：G=H–TS，g=h–Tsb）因H，T，S均為狀態(tài)參數，所以G也是狀態(tài)參數c）單位J（kJ）d）物理意義δq=dh+δwt?dh=Tds+vdpdg=dh?Tds?sdT=?sdT+vdp所以可逆定溫過程中自由焓的減少量是過程的技術功。定溫過程：51?吉布斯函數G（比吉布斯函數g）—又稱自由焓a4952準靜態(tài)過程可在狀態(tài)參數圖上o用連續(xù)實線表示

?可逆過程

定義：系統(tǒng)可經原途徑返回原來狀態(tài)而在外界不留下任何變化的過程。

★可逆過程?準靜態(tài)過程

定義：偏離平衡態(tài)無窮小，隨時恢復平衡的狀態(tài)變化過程。

進行條件： 破壞平衡的勢—Δp,ΔT無窮小 過程進行無限緩慢 工質有恢復平衡的能力52準靜態(tài)過程可在狀態(tài)參數圖上o用連續(xù)實線表示何變化的過程。50o★功、可逆過程的功

?功的力學定義：

?功的熱力學定義：

通過邊界傳遞的能量其全部效果可表現為舉起重物。

?可逆過程功的計算

222 111

功是過程量功可以用p-v圖上過程線與v軸包圍的面積表示

53o★功、可逆過程的功功可以用p-v圖上過程線與v軸包圍的面5154?功的符號約定：

系統(tǒng)對外作功為“+”；

外界對系統(tǒng)作功為“-”?功的單位：JkJ

o

?有用功概念

Wu=W-Wlos-Wp其中W—膨脹功；Wlos—摩擦耗功；Wp=排斥大氣功pbf54?功的符號約定：?功的單位：JkJ oWlos5255★熱量

?定義：

僅由于溫差而通過邊界傳遞的量。

?符號約定：系統(tǒng)吸熱“+”； 放熱“-”?單位：J(kJ)∴熱量是過程量?計算式及狀態(tài)參數圖 （T-s圖上）表示

2 1

δQ=TdS55★熱量?單位：J(kJ)∴熱量是過程量?計算5356?熱量與功的異同：

1.均為通過邊界傳遞的能量；

2.均為過程量；

3.功傳遞由壓力差推動，比體積變化是作功標志； 熱量傳遞由溫差推動，比熵變化是傳熱的標志；

4.功是物系間通過宏觀運動發(fā)生相互作用傳遞的能量； 熱是物系間通過紊亂的微粒運動發(fā)生相互作用而傳遞的能量。

功熱熱是無條件的；功是有條件、限度的。56?熱量與功的異同： 1.均為通過邊界傳遞的能量； 功熱5457

★平衡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)?平衡狀態(tài)定義：若無外界影響系統(tǒng)保持狀態(tài)參數值不 隨時間而改變的狀態(tài)。?熱平衡： 在無外界作用的條件下，系統(tǒng)內部系統(tǒng)與外界處處溫度相等。?力平衡：在無外界作用的條件下，系統(tǒng)內部，系統(tǒng)與外界處處壓力相等。?熱力平衡的充要條件—系統(tǒng)同時達到熱平衡和力平衡。57 ★平衡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)?力平衡：在無外界作用的條5558?穩(wěn)定狀態(tài)定義：系統(tǒng)保持狀態(tài)參數值不隨時間而改變的1）系統(tǒng)平衡與均勻

—平衡可不均勻

狀態(tài)。討論：2）平衡與穩(wěn)定

—穩(wěn)定未必平衡熱穩(wěn)定性的條件是??p???v?TcV>03）力學穩(wěn)定性的條件是58?穩(wěn)定狀態(tài)定義：系統(tǒng)保持狀態(tài)參數值不隨時間而改變的1）56穩(wěn)定流動特征：

1）各截面上參數不隨時間變化。

2）ΔECV=0，ΔSCV=0，ΔmCV=0?···注意：區(qū)分各截面間參數可不同。

59局部平衡的概念：?穩(wěn)定與局部平衡穩(wěn)定流動特征： 1）各截面上參數不隨時間變化。局部平衡的概57第一章基本概念四個平衡判據：對于孤立系第二定律可以表達為(1-1)即孤立系的熵朝向熵增的方向發(fā)展，直到當熵為最大值時，系統(tǒng)的狀態(tài)不再改變而達到平衡態(tài)。對于非孤立系時，第二定律的表達式是(1-2)式中，S是系統(tǒng)的熵，是環(huán)境溫度，是系統(tǒng)和外界交換的熱量。第一章基本概念四個平衡判據：58第一章基本概念根據熱力學第一定律，無論過程是否可逆，就簡單可壓縮系統(tǒng)而言，均可表示

式中，是系統(tǒng)內能的微分，將上式代入式（1-2），得（1-2a）

因系統(tǒng)達到平衡時，系統(tǒng)必須保持熱平衡，故環(huán)境溫度和系統(tǒng)溫度應相等，即。此時

第一章基本概念根據熱力學第一定律，無59第一章基本概念(1-3)

移項后上式可寫成

由上式可知，當系統(tǒng)等容定熵時，，可得(1-4)

稱式（1-4）為內能判據。從而可知，對等容定熵系統(tǒng)可用內能判據判別過程進行的方向()和實現平衡的條件（）。

第一章基本概念60第一章基本概念

對于式(1-3),在規(guī)定T=常數為約束條件后，式（1－3）可寫成（1-5）定義自由能，有

如規(guī)定系統(tǒng)另一約束條件為V=常數則，可得（1-6）稱式（1-6）為自由能判據。從而可知，對定溫定容系統(tǒng)可用自由能判據判別過程進行的方向（）和實現平衡的條件()。第一章基本概念對于式(1-3),在規(guī)61第一章基本概念

如約束條件改為T=常數及P=常數，此時代入式（1-5），移項后得到(1-7)定義自由焓代入上式，最后可得到(1-8)稱式（1-8）為自由焓判據。從而可知，對定溫定壓系統(tǒng)可用自由焓指出過程的方向（）和平衡的條件()。第一章基本概念如約束條件改為T=常數及62第一章基本概念對于非孤立系，由第一定律和第二定律可得

由上式可知，當系統(tǒng)過程為等壓定熵時，,可得（1-9）稱式（1-9）為焓判據。從而可知，對等壓定熵系統(tǒng)可用內能判據判別過程進行的方向(）和實現平衡的條件（）。

第一章基本概念對于非孤立系，由第一定律和第二定律63第一章基本概念

勢平衡：驅使物質改變的勢叫化學勢。只有在系統(tǒng)內部所有的化學勢差都消失時，熱力平衡下的系統(tǒng)才能實現完全平衡。一個由種物質組成的化學系統(tǒng)，它的自由焓函數應是式中,n代表各成分的摩爾數。上式的恰當微分是

第一章基本概念勢平衡：驅使物質改變的勢叫化學勢64第一章基本概念上式等號右邊前兩項的下標n，表示T或P變化時任一組分的摩爾數都不變，這兩項是系統(tǒng)熱力不平衡所產生的G的變化；第三項的下標表示除第i種組分外，其余所有組分的質量均為常數值，這一向是因化學不平衡而產生的G的變化。若對單元系，則平衡。其中是驅使第i組分變化的化學勢

第一章基本概念上式等號右邊前兩項的下標n，表示T或65第一章基本概念

同樣可用自由能得出，為

第一章基本概念同樣可用自由能得出，66第一章基本概念第二節(jié)準靜態(tài)可逆過程

定義：認為系統(tǒng)內部在進行熱力過程時處處處于平衡，但系統(tǒng)內外可有勢差，稱準靜態(tài)。

一切熱力過程都是不可逆的，都是存在勢差和耗散效應的。

1931年基南（J.H.Keenan）提出可逆狀態(tài)的定義：過程發(fā)生后，如果物系及與其有關的外界所有物質均能完全恢復到各自的原始狀態(tài)，那么這一過程就稱之為可逆過程?？赡媾c平衡的判別標準是一樣的，均無勢差，但可逆要求過程而平衡是靜態(tài)的。

第一章基本概念第二節(jié)準靜態(tài)可逆過程67高等工程熱力學第1章課件68第一章基本概念第三節(jié)熱力學第零定律溫度的標定熱力學第零定律:如果兩個物體分別于第三個物體處于熱平衡，那么這兩個物體也處于熱平衡。稱第三個物體是反映物質冷熱程度的物理量，既是溫度。定義：標定物體冷熱程度大小的物理量成為溫標。1958年以前用兩點法來標定溫度，即攝氏溫標。攝氏溫標選汞作為測溫物質，利用汞的體積隨溫度升高而增大得性質來測定溫度。第一章基本概念第三節(jié)熱力學第零定律溫度的標定69第一章基本概念在一標準大氣壓下，純水的凝固點定為0℃，沸點定為100℃。在兩固定點之間進行均勻分度，來確定0～100℃之間的其他溫度，并外推到0～100℃以外的范圍。

1958年之后用一點法測溫，規(guī)定水的三相態(tài)的溫度為273.16度，其分度大小與攝氏度相同。第一章基本概念在一標準大氣壓下，純水的凝固點定為070溫度溫度是物體冷熱程度的標志溫度概念的建立以熱力學第零定律為依據。第零定律：Ａ與Ｂ處于熱平衡；Ｂ與Ｃ處于熱平衡，則Ａ與Ｃ必然處于熱平衡。

ＡＢＣ溫度是決定系統(tǒng)間是否處于熱平衡的物理量。

溫度溫度是物體冷熱程度的標志71溫度的意義溫度的熱力學定義：決定一個系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的宏觀性質。處于熱平衡的各系統(tǒng)溫度相同。溫度的熱力學定義提供了溫度測量的依據，即被測物體與溫度計處于熱平衡時，就可以從溫度計的讀數確定被測物體的溫度值。溫度的意義溫度的熱力學定義：決定一個系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱72溫度測量和溫度計

溫度計測溫原理：當一個物體的溫度改變時，物體的其它性質也將隨之發(fā)生變化，可根據這些變化性質中的某些參數測量物體的溫度，指明溫度的數值。溫度與熱力學第零定律

溫度計測溫屬性氣體溫度計壓力或體積液體溫度計體積電阻溫度計電阻熱電偶熱電動勢磁溫度計磁化率光學溫度計輻射強度溫度測量和溫度計溫度計測溫原理：當一個物體的溫度改變時，物73溫標

為了給溫度的測量賦予一定數值，必須科學地建立起一套規(guī)則，把不同的溫度指定不同的數值,這就是所謂的溫標。華氏溫標：(氯化銨)鹽水混合物的冰點溫度為0℉，人體溫度為100℉；攝氏溫標：將1個標準大氣壓下水的冰點和蒸氣點之間的溫度等分為100℃，并以冰點作為0℃。

溫度與熱力學第零定律

溫標為了給溫度的測量賦予一定數值，必須科學地建立起一套74經驗溫標的問題：什么叫做均分？即假定了一種物質的某一性質與溫度成線性關系。如果這樣，其他物質的這一性質，或者同一物質的其他性質就不一定也和溫度成線性關系。使用不同的物質作為測溫的工質得到不同的結果；熱力學溫標：從熱力學第二定律出發(fā)得到的絕對溫標，與任何工質無關，是一種理論溫標；溫度與熱力學第零定律

熱力學溫標經驗溫標的問題：溫度與熱力學第零定律熱力學溫標75熱力學溫標與其它溫標溫度與熱力學第零定律

熱力學溫標只需要定義一個溫度的量值，其它溫度值就全部確定了。1854年，開爾文提議將水的三相點溫度定義為273.16K，1954年第十屆國際計量大會正式采納。K°C°F水三相點273.160.0132.02冰點273.150.0032.00水沸點373.124399.9743211.95絕對零度0-273.15-459.67熱力學溫標與其它溫標溫度與熱力學第零定律熱力學溫標只K°C76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的最佳選擇；理想氣體溫標其定義與熱力學溫標一致，是其一級近似，不過是一種經驗溫標；定容式溫度計的測量原理：溫度與熱力學第零定律

理想氣體溫標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的最佳77理想氣體溫標應用溫度與熱力學第零定律

Tptr氣體A氣體B氣體C理想氣體溫標應用溫度與熱力學第零定律Tptr氣體A氣體B氣78溫度與熱力學第零定律

地點或狀態(tài)溫度激光管內發(fā)射激光的氣體~0K宇宙大爆炸后的10-43s1032K氫彈爆炸中心108K實驗室已獲得的最高溫度6107K太陽中心1.5107K地球中心4000K乙炔焰2900K月球向陽面400K(127C)地球最高氣溫（利比亞）331K(58C)地球上的最低氣溫（南極）185K(-88C)月球背陰面90K(-183C)He的正常沸點4.2K星際空間2.7K核自旋冷卻法激光冷卻法(朱棣文)210-10K2.410-11K我們身邊的溫度溫度與熱力學第零定律地點或狀態(tài)溫度激光管內發(fā)射激光的氣體~791.4.狀態(tài)方程兩個相互獨立的狀態(tài)參數可以確定系統(tǒng)平衡態(tài)。三個基本狀態(tài)參數之間的關系，稱為狀態(tài)方程。常見的狀態(tài)方程有：理想氣體方程：范德瓦爾斯方程：平衡狀態(tài)下，可用二維平面坐標圖描述系統(tǒng)狀態(tài)：

1(T1,s1)TT1s1s1(p1,v1)pp1v1v1.4.狀態(tài)方程兩個相互獨立的狀態(tài)參數可以確定系統(tǒng)平衡態(tài)。180準平衡態(tài)由此引進準平衡態(tài)的概念！

準靜態(tài)就是無限接近于平衡態(tài)的狀態(tài)。準平衡態(tài)由此引進準平衡態(tài)的概念！

81考查一個漸變的過程：狀態(tài)1狀態(tài)2一系列中間狀態(tài)1vp2考查一個漸變的過程：狀態(tài)1狀態(tài)2一系列中間狀態(tài)1vp282可逆過程——如果系統(tǒng)完成某一熱力過程后，再沿原路經逆向返回，能使系統(tǒng)和外界都恢復原來狀態(tài)而不留下任何變化的過程。（要包括系統(tǒng)及外界都不發(fā)生任何變化）

特征：

（１）可逆過程必然是準平衡過程。

（２）可逆過程不應有摩擦、電阻、磁阻等耗散效應存在。

可逆過程是理想過程（充要條件）：只有準平衡且無任何耗散效應的過程才是可逆過程。

實際過程都是不可逆的。

可逆過程——如果系統(tǒng)完成某一熱力過程后，再沿原路經逆向返回，832.2.功和熱量功——在力的作用下，通過宏觀有序運動而傳遞的能量Fdx

2.2.功和熱量功——在力的作用下，通過宏觀有序運動而傳遞84①Ｗ在傳遞中才有意義，一旦越過邊界，就成為外界的能量。

②Ｗ是過程量，與初終態(tài)有關，還與過程有關。

③系統(tǒng)對外做功為正，外界對系統(tǒng)做功為負。

功的單位：Ｊ（焦耳）功率單位Ｗ（瓦特）＝Ｊ／Ｓ

④熱力系通常是通過容積變化來實現功的傳遞的，稱容積變化功.⑤在準靜態(tài)可逆過程時，對外做功由系統(tǒng)內部參數決定的，不用考慮外界因素。

dxppb

A①Ｗ在傳遞中才有意義，一旦越過邊界，就成為外界的能量。

②85在p－Ｖ圖上表示：１－２線下的面積即為功，所以p－Ｖ圖叫示功圖。

pV12p在p－Ｖ圖上表示：１－２線下的面積即為功，所以p－Ｖ圖叫示功86（２）熱量——是在溫差作用下，通過微觀粒子無序運動傳遞的能量。

?熱量是過程量。?系統(tǒng)吸熱取正號，放熱取負號。?熱量為：熱容與其變化溫差的乘積。（２）熱量——是在溫差作用下，通過微觀粒子無序運動傳遞的能量872.3.熱力循環(huán)

系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經歷一系列中間狀態(tài)，最后又回到初態(tài)的過程稱為熱力循環(huán)。（封閉過程）

特征：（１）它是一個封閉的過程。

BpV21A(2)目的:是實現連續(xù)的能量轉換（Ｗ、Ｑ是過程量，使之可能）(3)分類:可逆與不可逆循環(huán)；動力循環(huán)；制冷循環(huán)；熱泵循環(huán)。2.3.熱力循環(huán)

系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經歷一系列中間狀態(tài)，88正向循環(huán)——膨脹功大于零，順時針。

逆向逆向——膨脹功小于零，逆時針。正向循環(huán)效率（熱效率）:逆向循環(huán)制冷系數:熱泵循環(huán)系數:高溫熱源低溫熱源輸出功QHQL高溫熱源低溫熱源輸入功QHQL正向循環(huán)——膨脹功大于零，順時針。

逆向逆向——膨脹功小于零89第一章基本概念第一節(jié)平衡狀態(tài)及判定定義：系統(tǒng)在不受外界影響（外力場作用）條件下，宏觀熱力性質不隨時間變化的狀態(tài)，稱平衡狀態(tài)。第一章基本概念第一節(jié)平衡狀態(tài)及判定90第一章基本概念熱力學的平衡條件：力平衡、熱平衡勢平衡（即無化學反應的勢的變化）。

物系是否處于平衡態(tài)，應從本質而不能從現象來判別。例如穩(wěn)態(tài)導熱中，物系的狀態(tài)也不隨時間而變，但此時在外界的作用下物系有內外勢差存在，因此該物系的狀態(tài)只能稱為穩(wěn)態(tài)，而不是平衡態(tài)。平衡時各點強度性參數都一樣。平衡必穩(wěn)態(tài)，但穩(wěn)態(tài)不一定平衡。

第一章基本概念熱力學的平衡條件：91高等工程熱力學第1章課件92第一章基本概念平衡和均勻是兩種不同性質的概念。處于平衡態(tài)的物系狀態(tài)不隨時間改變，平衡和時間的概念聯系在一起。而均勻是指物系內部空間各點的狀態(tài)參數均勻一致，均勻是相對空間而言的。均勻不一定平衡，平衡亦不一定均勻。

第一章基本概念平衡和均勻是兩種不同性質的概念。處于937能夠始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。熱力學中的平衡是指物系的宏觀狀態(tài)而言 倘若組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有熱量的傳遞，系統(tǒng)就處于熱的平衡；各部分之間沒有相對位移，系統(tǒng)就處于力的平衡。同時具備了熱和力的平衡，系統(tǒng)就處于熱力平衡狀態(tài)。如果系統(tǒng)內還存在化學反應，還應包括化學平衡。處于熱力平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，只要不受外界影響，它的狀態(tài)就不會隨時間改變，平衡也不會自發(fā)地破壞。

平衡態(tài)判據

一、平衡的一般概念一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)7能夠始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。熱力學中的948力平衡相平衡化學平衡相間物質的傳遞可以看作化學反應的特例化學平衡實現平衡的條件

不平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，在沒有外界條件的影響下，總 會自發(fā)地趨于平衡狀態(tài)。

只有在系統(tǒng)內或系統(tǒng)與外界之間一切不平衡的勢差都不存在時，系統(tǒng)的一切宏觀變化方可停止，此時熱力系統(tǒng)所處的狀態(tài)才是平衡狀態(tài)。 就平衡而言，沒有勢差是其本質，而狀態(tài)不變僅是現象。 物系是否處于平衡態(tài)，應從本質而不能從現象來判別。

系統(tǒng)達到平衡需同時達到

熱平衡8力平衡相間物質的傳遞可以看作化學反應的特例化學平衡實現平衡95孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)熵增原理指出：自發(fā)變化的方向實現平衡的條件E=常數是孤立系變化的約束條件；V＝常數及U=常數是簡單可壓縮孤立系約束條件：

9二、平衡判據

1、平衡的普遍判據孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)熵增原理指出：自發(fā)變化的方向E=常數9610δQ TrdS≥2、定溫、定容和定溫、定壓系統(tǒng)平衡判據

熱力學第二定律的數學表達式

δQ=dU+δWtotdU+δW TrdS≥dU+δW TdS≥移項整理

外界熱源溫度對于簡單可壓縮系T為常數，熱平衡

T=Tr10δQdS≥2、定溫、定容和定溫、定壓系統(tǒng)平衡判據9711

dAT≤-δW另一約束條件為V＝常數，則 定溫定容系統(tǒng)過程進行的方向： 實現平衡的條件：

dAT,V≤

0dAT,V<0

dAT.V=0定溫定壓系統(tǒng)過程的方向：平衡的條件：dGT,p<0dGT,p=0

dU-d(TS)=d(U-TS)≤-δW A＝U-TS自由能（亥姆霍茲函數）同理dGT,p≤

0G=H-TS

自由焓(吉布斯函數)11 dAT≤-δW dAT,V≤0定溫定壓98其中是驅使第i種組分變化的勢，即化學勢：12由r種物質組成的化學系統(tǒng),nr)G=G(p,T,n1,n2,熱力平衡系統(tǒng)三、化學勢 驅使物質改變的勢叫化學勢。

用G表示的化學勢其中是驅使第i種組分變化的勢，即化學9913

改變約束條件，化學勢還可有其它的表達式、但是無論如何表示，其實質都相同：

據化學勢概念，定溫、定容和定壓、定溫系統(tǒng)的平衡判據:用A表示的化學勢13 改變約束條件，化學勢還可有其它的表達式、但是 據化學勢100四.穩(wěn)定平衡判據 力學中平衡的穩(wěn)定性

如何判別系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)？

已處于平衡態(tài)的物系的狀態(tài)不會改變，熵達最大。假想系統(tǒng)偏離原有狀態(tài)發(fā)生“虛變化”，設S=f(x)， 按泰勒級數展開

14穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡隨遇平衡亞穩(wěn)定平衡四.穩(wěn)定平衡判據 如何判別系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)？穩(wěn)101dS1dS=δS+δS+ΔS-δS=δ2

S+2，

δ1SU,V=0δ2SU,V<0

15系統(tǒng)熵的一階變化系統(tǒng)熵的二階變化ΔS=δx+(δx)2

+

2dx2!dx2

12

2!12高價無窮小δS≠0ΔS=δSδS＝0ΔS的正、負號取決于d2Sdx平衡時熵d2S達極大值dx2<0ΔS<0ΔS和δS同號忽略高價無窮小dS1dS=δS+δS+ΔS-δS=102δSU,VδAT,V=0δAT,V>0δGT,p=016不穩(wěn)定狀態(tài)1=0δ1SU,V=0δ2

SU,V>0δ2

SU,V<0亞穩(wěn)定平衡態(tài)與此相似，定溫定容系統(tǒng)，平衡與穩(wěn)定的條件12定溫定壓系統(tǒng)，平衡與穩(wěn)定的條件1δ2GT,p>0

δ1SU,V=0δ2

SU,V<0平衡的必要條件 平衡穩(wěn)定的條件孤立系實現平衡的必要與充分條件δ1SU,V=0δ2

SU,V=0隨遇平衡態(tài)δSU,VδAT,V=0δAT,V>103或化學的不平衡才促使工質向新的狀態(tài)變化，故實際過程都是不平衡的。

過程

不同形式能量之間的轉換必須通過工質的狀態(tài)變化過程才能完成。 一切過程都是平衡被破壞的結果，工質和外界有了熱的、力的

一、準平衡（靜態(tài)）過程隨時都不顯著偏離平衡狀態(tài)的過程。 條件：過程進行得相對緩慢； 促使變化的勢差相對較小； 工質能恢復平衡。 準平衡過程中，物系隨時處于完全平衡中，因而狀態(tài)變化的軌跡可用熱力性質圖上的過程曲線表示。

17或化學的不平衡才促使工質向新的狀態(tài)變化，故實際過程都是不平衡10418二、可逆過程

當物系完成了某一過程之后能沿相同的路徑逆行而回復到原來狀態(tài)，并使過程中所涉及到的外界亦回復到原來狀態(tài)，而不留下任何改變的過程。 可逆過程與準靜態(tài)過程的關系非準靜態(tài)不可逆準靜態(tài)可逆單純傳熱18二、可逆過程非準靜態(tài)單純傳熱10519Fpαf非準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程，不可逆pA>Fcosα+fpA=Fcosα+fpb膨脹作功4.可逆過程可用狀態(tài)參數圖上實線表示。

pA=Fcosα

(f=0)準靜態(tài)過程，可逆討論：

1.可逆=準靜態(tài)+沒有耗散效應；

2.一切實際過程不可逆；

3.內部可逆過程概念；19Fpαf非準靜態(tài)過程pA>Fcosα+fpb10620內部平衡并無關系，準平衡過程進行時可能發(fā)生能量耗散；可逆過程則是分析系統(tǒng)與外界作用所產生的總效果，不僅要求系統(tǒng)內部是平衡的，而且要求過程進行時不存在任何能量的耗散；可逆過程必然是準平衡過程，而準平衡過程只是可逆過程的必要條件。

過程不可逆的成因： 有限勢差作用——不平衡過程，產生一些不可 回復的后遺效果，消除這種后果要付出代價。 與物性有關的耗散損失——摩擦、粘性以及電 阻、磁阻等的作用而產生不可逆損失。 物系進行了一個不可逆過程必定會產生損失。 可逆過程必定可用狀態(tài)參數圖上連續(xù)實線表示。

準平衡過程和可逆過程的區(qū)別準平衡過程著眼系統(tǒng)內部平衡，有無外部機械摩擦對工質20內部平衡并無關系，準平衡過程進行時可能發(fā)生能量耗散；可逆10721耗散損失孤立起來，使問題簡化。

熱力學中引用可逆過程概念的原因： 實際過程都是不可逆的?？赡孢^程是不引起任何熱力學損失的理想過程。 在分析過程外部條件對能量轉換影響時，把與物性有關的21耗散損失孤立起來，使問題簡化。 熱力學中引用可逆過程10822

熱量和功量一、熱量

定義：僅僅由于兩個系統(tǒng)之間溫度不同而引起的從一個系統(tǒng)向另一個系統(tǒng)傳遞的能量。 熱量是在傳送過程中的能量，不是存貯在系統(tǒng)中的能 量，因此熱量不是系統(tǒng)的狀態(tài)參數，熱量是過程的函數。熱量可通過比熱容來計算δQ=mcdTδQ=TdS

熱量也可通過能量方程來計算δQ=dU+δW可逆過程熱量還可根據系統(tǒng)熵的變化來計算22 熱量和功量熱量可通過比熱容來計算δQ=10923二、功量

1、定義：功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果可表現為舉起重物。

功是熱力系通過邊界與外界交換的能量，不是狀態(tài)的函數，所以與系統(tǒng)本身具有的宏觀運動動能和宏觀位能不同。2、功的計算A、可壓縮物體的膨脹功和壓縮功（或統(tǒng)稱體積功）23二、功量功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果110W=∫24F A=E·

eσ=F=AE·

e根據應變的定義dL=L0de把彈性桿或金屬絲作為熱力系統(tǒng)，則外界所耗的功為

δW=-FdLAEL0

2(e)2

ee=0?AEL0ede=?

B.拉伸彈性杠或金屬絲所耗的功設彈性構件等溫拉伸，按虎克定律，W=∫24F=E·eσ=F=AE·e根據111W=?∫σdA25C、液膜表面張力功 設液體表面薄膜張于金屬線框上，線框的右側為一可以移動的金屬線如圖。把液體薄膜當作一個熱力系統(tǒng)來研究，將液體薄膜向右拉大面積dA，而液體薄膜的表面張力為σ

，表面張力即擴大液膜單位面積時外界對它所做的功，則擴大液膜面積dA時，外界對它所做的功為

δW=-σdA表面張力功

2 1一個液膜有上下兩個表面

dA=2ldxW=?∫σdA25C、液膜表面張力功 δW=-σ11226iδWtot=Fdxi=∑FidxiD、可逆電池充電所耗功 可逆電池充電所消耗的功為：

δW=-EdQe

δW=?Eidτ

熱力學系統(tǒng)功的廣義表達式：

廣義力，強度參數廣義位移的微分量，廣延參數

δWtot=pdV-FdL-σdA-EdQe+下一章26iδWtot=Fdxi=∑FidxiD、可11327★熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）,外界和邊界

?系統(tǒng)： 人為分割出來，作為熱力學 研究對象的有限物質系統(tǒng)。

?外界：與體系發(fā)生質、能交換的物系。

?邊界：系統(tǒng)與外界的分界面（線）。 注意：1）系統(tǒng)與外界的人為性；

2）外界與環(huán)境介質；

3）邊界可以是：

a）剛性的或可變形的或有彈性的；b）固定的或可移動的；c）實際的或虛擬的。回顧27★熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）,外界和邊界b）固定114?熱力系分類（1）?按組元數

單元系 多元系?按相數

單相系 復相系注意：1）不計恒外力場影響。2）復相系未必不均勻—濕蒸汽； 單元系未必均勻—氣液平衡分離狀態(tài)。?熱力系分類（2）按系統(tǒng)與外界質量交換分：

閉口系

（控制質量CM）—沒有質量越過邊界

28?熱力系分類（1）?按組元數?按相數注意：1）不計恒外11529

開口系（控制體積CV）

—通過邊界與外界有質量交換絕熱系

與外界無熱量交換;

孤立系

與外界無任何形式的質能交換。

簡單可壓縮系

—由可壓縮物質組成，無化學反應、與外界有交換容積變化功的有限物質系統(tǒng)。29 開口系（控制體積CV）換容積變化功的有限物質系統(tǒng)。11630

注意：

1）閉口系與系統(tǒng)內質量不變的區(qū)別；

2）開口系與絕熱系的關系；

3）孤立系與絕熱系的關系。?熱力系示例?剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，一側設有電熱絲。

紅線內

——閉口絕熱系

黃線內（不包含電熱絲）

——閉口系

綠線內（包含電熱絲）

——閉口絕熱系

蘭線內——孤立系30 注意：——孤立系11731?剛性絕熱噴管取紅線為系統(tǒng)—

閉口系取噴管為系統(tǒng)—開口系絕熱系??A、B兩部落“雞、犬 之聲相聞，民至老死不 相往來”AB—孤立系A部落為系統(tǒng)

—閉口系

A+B部落為系統(tǒng)31?剛性絕熱噴管取紅線為系統(tǒng)— 閉口系開口系絕熱系??118∫★熱力學狀態(tài)和狀態(tài)參數

?熱力學狀態(tài)

—系統(tǒng)宏觀物理狀況的綜合

?狀態(tài)參數

—描述物系所處狀態(tài)的宏觀物理量

a）狀態(tài)參數是宏觀量，是大量粒子的平均效應，只有 平衡態(tài)才有狀參，系統(tǒng)有多個狀態(tài)參數，如

p,V,T,U,H,S,F,G等。

b）狀態(tài)參數的特性—狀態(tài)的單值函數11物理上—與過程無關數學上—其微量是全微分，dx=0∫b2C）狀態(tài)參數分類： 廣延量 強度量（廣延量的比性質，具有強度量特性）32∫★熱力學狀態(tài)和狀態(tài)參數11物理上—與過程無關∫b2C）119?t()?32?F33?273.15?系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件：

所有狀參一一對應相等 簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：

兩個獨立的狀態(tài)參數對應相等?基本狀態(tài)參數

?溫度

測溫的基礎—熱力學零定律 熱力學溫標和國際攝氏溫標59t(°°C)=??

{t}C={T}K附：華氏溫標和攝氏溫標?t()?32?F33?273.15?系120?壓力絕對壓力p；表壓力pe（pg）;真空度pv；p=pb+pe(p>pb)p=