熱力學(xué)第一章

熱力學(xué)第一章第1頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換第二節(jié)熱力系統(tǒng)與工質(zhì)第三節(jié)基本狀態(tài)參數(shù)第四節(jié)平衡狀態(tài)第五節(jié)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、可逆過(guò)程第六節(jié)過(guò)程功和熱量第七節(jié)熱力循環(huán)第2頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第3頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第4頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第5頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-1熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換1、蒸汽動(dòng)力裝置熱能動(dòng)力裝置第6頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第7頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六內(nèi)燃動(dòng)力裝置

燃?xì)膺M(jìn)口排入大氣第8頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、制冷裝置中熱量從低溫處傳遞到高溫處的過(guò)程蒸發(fā)器q2壓縮機(jī)q1w冷凝器膨脹閥1234第9頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-2熱力系統(tǒng)與工質(zhì)熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：熱設(shè)備中分離出來(lái)作為熱力學(xué)研究對(duì)象的物體。（人為地）

外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)1、系統(tǒng)與邊界邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面系統(tǒng)與外界的作用都通過(guò)邊界第10頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱力系統(tǒng)選取的人為性鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過(guò)熱器只交換功只交換熱既交換功也交換熱第11頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六邊界特性真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動(dòng)邊界可以是假想的，也可以是實(shí)際存在的，可以是固定的，也可以是移動(dòng)的。通常用虛線標(biāo)出。圖1壓縮中的燃?xì)鈭D2流動(dòng)中的工質(zhì)第12頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、熱力系統(tǒng)的分類

1.按系統(tǒng)與外界交換的形式分類系統(tǒng)與外界有三種相互作用形式：質(zhì)、功、熱1）開口系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換工質(zhì)流入工質(zhì)流出QW系統(tǒng)邊界圖3開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)開口系統(tǒng)不穩(wěn)定流動(dòng)開口系統(tǒng)第13頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2）閉口系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界無(wú)物質(zhì)交換

閉口系統(tǒng)具有恒定質(zhì)量，但具有恒定質(zhì)量的系統(tǒng)不一定都是閉口系統(tǒng)QW圖4膨脹中的燃?xì)庀到y(tǒng)的邊界第14頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Concepts&DefinitionsClosedsystem—quantityof

matterunderstudyControlmassOnlyheatandworkcancross

boundaryofclosedsystemOpensystem—regioninspaceonwhichattentionisfocusedControlvolumeHeatandworkmay

crosscontrolsurfaceMassmayalsocross

controlsurface第15頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3）絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換冷源QW圖5把冷源包括在內(nèi)的絕熱系統(tǒng)第16頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4）孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既沒有物質(zhì)交換，也沒有熱和功的交換孤立系統(tǒng)內(nèi)兩物體間的熱傳遞邊界系統(tǒng)T2T1QBA第17頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱力系統(tǒng)分類以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：

有無(wú)是否傳質(zhì)開口系閉口系是否傳熱非絕熱系絕熱系是否傳功非絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)非孤立系孤立系第18頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1234mQW1

開口系

熱力系統(tǒng)非孤立系＋相關(guān)外界＝孤立系1+2

閉口系1+2+3

絕熱閉口系1+2+3+4孤立系第19頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第20頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱力系統(tǒng)其它分類方式

其它分類方式

物理化學(xué)性質(zhì)

均勻系

非均勻系工質(zhì)種類多元系單元系相態(tài)多相單相第21頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)

簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功容積變化功壓縮功膨脹功第22頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六工質(zhì)在熱機(jī)中要使熱能不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，需要借助于媒介物質(zhì)。實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)就稱為工質(zhì)。不同性質(zhì)的工質(zhì)對(duì)能量轉(zhuǎn)換的效果有直接影響，工質(zhì)性質(zhì)的研究是本學(xué)科的重要內(nèi)容之一。原則上，氣、液、固三態(tài)物質(zhì)都可作為工質(zhì)，但熱力學(xué)中熱能與機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換是通過(guò)物質(zhì)的體積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為使能量轉(zhuǎn)換有效而迅速，常選氣態(tài)物質(zhì)作為工質(zhì)。

第23頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-3狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量狀態(tài)參數(shù)的特征：1、單值性：狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然2、狀態(tài)參數(shù)的積分特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)3、狀態(tài)參數(shù)的微分特征：全微分第24頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六狀態(tài)參數(shù)的積分特征狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學(xué)上：點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù)1

2ab例：溫度變化山高度變化第25頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六狀態(tài)參數(shù)的微分特征設(shè)z=z(x,y)dz是全微分充要條件：可判斷是否是狀態(tài)參數(shù)第26頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)：與物質(zhì)的量無(wú)關(guān)的參數(shù)

如壓力

p、溫度T廣延參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)可加性

如

質(zhì)量m、容積

V、內(nèi)能

U、焓

H、熵S比參數(shù)：比容比內(nèi)能比焓比熵單位：/kg/kmol

具有強(qiáng)度量的性質(zhì)第27頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Concepts&DefinitionsExtensiveproperties—propertieswhosevaluedependontheamountofmatterinsystemMass,volume,energy,etc.UseuppercaselettertodesignateextensivepropertiesIntensiveproperties—propertieswhosevaluedoesnotdependontheamountofmatterinsystemPressure,temperature,density,energyperunitmass,etc.Uselowercaselettertodesignateintensiveproperties第28頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-3(Cont.)基本狀態(tài)參數(shù)1、溫度

T2、壓力

p3、比容

v第29頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1、溫度傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。感覺，導(dǎo)熱，熱容量微觀：衡量分子平均動(dòng)能的量度

T

0.5

mw21)

同T,0.5mw2不同，如碳固體和碳蒸氣2)

T=0

0.5mw

2=0

分子一切運(yùn)動(dòng)停止，零點(diǎn)能第30頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱力學(xué)第零定律溫度的熱力學(xué)定義熱力學(xué)第零定律（R.W.Fowler）

如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)B

溫度計(jì)第31頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六溫度的熱力學(xué)定義

處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量溫度。

溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量第32頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六溫度的測(cè)量溫度計(jì)物質(zhì)（水銀，鉑電阻）特性（體積膨脹，阻值）基準(zhǔn)點(diǎn)刻度溫標(biāo)第33頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六常用溫標(biāo)絕對(duì)K攝氏℃

華氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔點(diǎn)水三相點(diǎn)鹽水熔點(diǎn)發(fā)燒水沸點(diǎn)559.67第34頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六溫標(biāo)的換算第35頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2、壓力

p常用單位：

1

bar

=105

Pa

1

MPa

=106Pa1

atm

=760mmHg

=1.013105

Pa

1

mmHg

=133.3

Pa1

at=735.6

mmHg=9.80665104

Pa物理中壓強(qiáng)，單位:Pa

,N/m2第36頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力當(dāng)p>pb表壓力pg當(dāng)p

<pb真空度pvpbpgppvp第37頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六環(huán)境壓力與大氣壓力環(huán)境壓力指壓力表所處環(huán)境注意：環(huán)境壓力一般為大氣壓，但不一定。

見習(xí)題1－7大氣壓隨時(shí)間、地點(diǎn)變化。物理大氣壓

1atm=760mmHg當(dāng)h變化不大，ρ常數(shù)1mmHg=

ρgh=133.322Pa當(dāng)h變化大，ρρ(h)

第38頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六壓力的測(cè)量第39頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

工程計(jì)算中，選取的壓力必須是絕對(duì)壓力?；痣姀S中所測(cè)得的鍋爐汽包、主蒸汽的壓力值都是表壓力，負(fù)壓燃燒鍋爐爐膛內(nèi)的煙氣和凝汽器內(nèi)乏汽的壓力值為真空，計(jì)算時(shí)都須換算為絕對(duì)壓力。

第40頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六其它壓力測(cè)量方法高精度測(cè)量：活塞式壓力計(jì)工業(yè)或一般科研測(cè)量：壓力傳感器第41頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3、比容v［m3/kg]工質(zhì)聚集的疏密程度物理上常用密度

［kg/m3]第42頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-4平衡狀態(tài)1、平衡狀態(tài)定義：在不受外界影響的條件下（重力場(chǎng)除外），如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

溫差

—

熱不平衡勢(shì)

壓差

—

力不平衡勢(shì)

化學(xué)反應(yīng)

—

化學(xué)不平衡勢(shì)平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢(shì)第43頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六平衡與穩(wěn)定穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差去掉外界影響，則狀態(tài)變化穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定x若以（熱源+銅棒+冷源）為系統(tǒng)，又如何？第44頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六平衡與均勻平衡：時(shí)間上均勻：空間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的第45頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六為什么引入平衡概念？如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述但平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒有能量交換能量交換狀態(tài)變化破壞平衡如何描述第46頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-5狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖平衡狀態(tài)可用一組狀態(tài)參數(shù)描述其狀態(tài)狀態(tài)公理：對(duì)組元一定的閉口系，獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù)N=n+1想確切描述某個(gè)熱力系，是否需要所有狀態(tài)參數(shù)？第47頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2、狀態(tài)方程閉口系：不平衡勢(shì)差狀態(tài)變化能量傳遞消除一種不平衡勢(shì)差

達(dá)到某一方面平衡消除一種能量傳遞方式而不平衡勢(shì)差彼此獨(dú)立獨(dú)立參數(shù)數(shù)目N=不平衡勢(shì)差數(shù)

=能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目

=各種功的方式+熱量=n+1n容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等狀態(tài)公理第48頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六狀態(tài)方程簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N

=n

+1=2絕熱簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)N=?狀態(tài)方程基本狀態(tài)參數(shù)（p,v,T)之間的關(guān)系第49頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六狀態(tài)方程的具體形式理想氣體的狀態(tài)方程實(shí)際工質(zhì)的狀態(tài)方程？？？狀態(tài)方程的具體形式取決于工質(zhì)的性質(zhì)第50頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3、狀態(tài)參數(shù)座標(biāo)圖簡(jiǎn)單可壓縮系N=2，平面坐標(biāo)圖pv1）系統(tǒng)任何平衡態(tài)可表示在坐標(biāo)圖上說(shuō)明：2）過(guò)程線中任意一點(diǎn)為平衡態(tài)3）不平衡態(tài)無(wú)法在圖上用實(shí)線表示常見p-v圖和T-s圖第51頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-6準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、可逆過(guò)程平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)無(wú)法簡(jiǎn)單描述熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過(guò)程第52頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一般過(guò)程p1

=

p0+重物p，Tp0T1

=T0突然去掉重物最終p2

=

p0T2

=

T0pv12..第53頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程p1

=

p0+重物p，Tp0T1

=

T0假如重物有無(wú)限多層每次只去掉無(wú)限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)第54頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有實(shí)際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換疑問(wèn)：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢，工程上怎樣處理？第55頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條件破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）>>有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程第56頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程應(yīng)用例1-1：活塞式內(nèi)燃機(jī)2000轉(zhuǎn)/分曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運(yùn)動(dòng)速度=200020.15/60=10m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350m/s破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）>>恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）一般的工程過(guò)程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程具體工程問(wèn)題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛钡?7頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功pp外f初始：pA

=

p外A

+fA如果

p外微小可視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程dl以汽缸中工質(zhì)為系統(tǒng)mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化對(duì)外界作的功W=pA

dl

=pdV1kg工質(zhì)w=pdvdl很小，近似認(rèn)為p不變第58頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功pp外2mkg工質(zhì)：W=pdV1kg工質(zhì)：w=pdv1注意：上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程第59頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六示功圖pV.12.pp外21mkg工質(zhì)：W=pdV1kg工質(zhì)：w=pdvW第60頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的說(shuō)明pV.12.1）單位為[kJ]或[kJ/kg]2）p-V圖上用面積表示3）功的大小與路徑有關(guān)，功是過(guò)程量4）統(tǒng)一規(guī)定：dV>0，膨脹對(duì)外作功（正）

dV<0，壓縮外內(nèi)作功（負(fù)）5）適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)（一般為流體）6）外力無(wú)限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7）有無(wú)f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別第61頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六摩擦損失的影響若有f存在，就存在損失pp外21系統(tǒng)對(duì)外作功W，外界得到的功W’<W若外界將得到的功W’再返還給系統(tǒng)，系統(tǒng)得到的功W’’<W’則外界、活塞、系統(tǒng)不能同時(shí)恢復(fù)原態(tài)。第62頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六摩擦損失的影響若f＝0pp外21系統(tǒng)對(duì)外作功W，外界得到的功W’＝W若外界將得到的功W’再返還給系統(tǒng)則外界、活塞、系統(tǒng)同時(shí)恢復(fù)原態(tài)。第63頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六可逆過(guò)程的定義

系統(tǒng)經(jīng)歷某一過(guò)程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過(guò)程為可逆過(guò)程。注意：可逆過(guò)程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過(guò)程。第64頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六可逆過(guò)程的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程+無(wú)耗散效應(yīng)=可逆過(guò)程無(wú)不平衡勢(shì)差通過(guò)摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）

不平衡勢(shì)差

不可逆根源

耗散效應(yīng)：

耗散效應(yīng)第65頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六實(shí)際過(guò)程都是不可逆的任何實(shí)際的熱力過(guò)程在作機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)不可避免地存在著摩擦，在傳熱時(shí)也必定存在著溫差，因此，實(shí)際的熱力過(guò)程都或多或少地存在著各種不可逆因素，如果使過(guò)程沿原路徑逆向進(jìn)行，并使工質(zhì)回復(fù)到原狀態(tài)，必將會(huì)給外界留下影響，這就是實(shí)際過(guò)程的不可逆性。

雖然可逆過(guò)程實(shí)際上并不存在，但它卻是一種有用的科學(xué)抽象，是一切實(shí)際過(guò)程的理想化極限模型，可逆過(guò)程可以理解為在無(wú)限小的溫差下傳熱，在摩擦無(wú)限微弱的情況下作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，因而可以作為實(shí)際過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換效果比較的標(biāo)準(zhǔn)，并借以指出努力的方向。

第66頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六引入可逆過(guò)程的意義

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)際過(guò)程的理想化過(guò)程，但并非最優(yōu)過(guò)程，可逆過(guò)程是最優(yōu)過(guò)程。可逆過(guò)程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分析。實(shí)際過(guò)程不是可逆過(guò)程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過(guò)程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正。第67頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六完全可逆、內(nèi)可逆與外可逆完全可逆

可逆內(nèi)部可逆，外部不可逆

外部可逆，內(nèi)部不可逆常見90℃0℃例：內(nèi)可逆外不可逆第68頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六典型的不可逆過(guò)程不等溫傳熱T1T2T1>T2Q自由膨脹真空?????????????????第69頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六典型的不可逆過(guò)程節(jié)流過(guò)程

(閥門）p1p2p1>p2混合過(guò)程?????????????????★★★★★★★★★★★★★★第70頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-7過(guò)程功和熱量1、力學(xué)定義:力在力方向上的位移2、熱力學(xué)定義(外文參考書）

a、當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時(shí)，如果對(duì)外界的唯一效果可歸結(jié)為取起重物，此即為熱力系對(duì)外作功。

b、功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動(dòng)下，通過(guò)有序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。功的定義第71頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六功的表達(dá)式功的一般表達(dá)式熱力學(xué)最常見的功容積變化功

其他準(zhǔn)靜態(tài)功：拉伸功，表面張力功，電功等第72頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

熱力系通過(guò)邊界與外界的交換的能量中，除了功的部分（不確切）。另一定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動(dòng)下，以微觀無(wú)序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。熱量定義統(tǒng)一規(guī)定：外界向系統(tǒng)傳熱為正系統(tǒng)向外界傳熱為負(fù)第73頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱量如何表達(dá)？熱量是否可以用類似于功的式子表示？？引入“熵”第74頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱量與容積變化功能量傳遞方式容積變化功傳熱量性質(zhì)過(guò)程量過(guò)程量推動(dòng)力壓力p

溫度T標(biāo)志

dV,dv

dS

,ds公式條件準(zhǔn)靜態(tài)或可逆可逆第75頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熵（Entropy）的定義reversible熵的簡(jiǎn)單引入:比參數(shù)

[kJ/kg.K]ds:

可逆過(guò)程

qrev除以傳熱時(shí)的T所得的商

清華大學(xué)劉仙洲教授命名為“熵”廣延量

[kJ/K]第76頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熵的說(shuō)明1、熵是狀態(tài)參數(shù)

3、熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過(guò)程

傳熱的大小與方向2、符號(hào)規(guī)定系統(tǒng)吸熱時(shí)為正

Q>0dS>0系統(tǒng)放熱時(shí)為負(fù)

Q<0dS<04、用途：判斷熱量方向計(jì)算可逆過(guò)程的傳熱量第77頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六示功圖與示熱圖pVWTSQ

示功圖溫熵(示熱)圖第78頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六【例1-2】一氣缸活塞內(nèi)的氣體由初態(tài)p1=0.5MPa,V1=0.1m3,緩慢膨脹到V2＝0.4m3,若過(guò)程中壓力與體積的關(guān)系為pV=常數(shù)，試求氣體所做的膨脹功。解：由PV=常數(shù)得kJ第79頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-8熱力循環(huán)要實(shí)現(xiàn)連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán)定義：

熱力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過(guò)程稱為熱力循環(huán)。不可逆循環(huán)分類：可逆過(guò)程不可逆循環(huán)可逆循環(huán)第80頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六正循環(huán)pVTS凈效應(yīng)：對(duì)外作功凈效應(yīng)：吸熱正循環(huán)：順時(shí)針方向2112第81頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六逆循環(huán)pVTS凈效應(yīng)：對(duì)內(nèi)作功凈效應(yīng)：放熱逆循環(huán)：逆時(shí)針方向2112第82頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)正循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)外作功，吸熱）WT1Q1Q2T2動(dòng)力循環(huán)：熱效率第83頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)逆循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)內(nèi)作功，放熱）WT0Q1Q2T2制冷循環(huán)：制冷系數(shù)第84頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)逆循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)內(nèi)作功，放熱）WT1Q1Q2T0制熱循環(huán)：制熱系數(shù)第85頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第一章小結(jié)基本概念：熱力系平衡、穩(wěn)定、均勻準(zhǔn)靜態(tài)、可逆過(guò)程量、狀態(tài)量、狀態(tài)參數(shù)功、熱量、熵

p-V圖、T-S圖循環(huán)、工作系數(shù)第86頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第一章討論課

熱力系種類：閉口系、開口系、絕熱系、絕功系、孤立系熱力系的選取取決于研究目的和方法，具有隨意性，選取不當(dāng)將不便于分析。一旦取定系統(tǒng)，沿邊界尋找相互作用。第87頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例1：絕熱剛性容器向氣缸充氣試分別選取閉口系和開口系，畫出充氣前后邊界，標(biāo)明功和熱的方向。第88頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(1)以容器內(nèi)原有氣體為系統(tǒng)閉口系功量：氣體對(duì)活塞作功WWQ熱量：氣體通過(guò)活塞從外界吸熱Q第89頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(2)以容器內(nèi)殘留的氣體為系統(tǒng)閉口系功量：殘留氣體對(duì)放逸氣體作功W’W’Q’熱量：殘留氣體從放逸氣體吸熱Q’第90頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(3)以放逸氣體為系統(tǒng)閉口系功量：W+W’熱量：Q+Q’WQW’Q’第91頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(4)以容器為系統(tǒng)開口系功量：W’熱量：Q’W’Q’第92頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(5)以氣缸為系統(tǒng)開口系功量：W+W’’熱量：Q+Q’’W’’Q’’WQ第93頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六討論：從上面選取熱力系的例子，我們可以看出：同一問(wèn)題，可以任意選取系統(tǒng)，不會(huì)影響最終結(jié)果，但會(huì)使解題過(guò)程發(fā)生變化，處理問(wèn)題的繁簡(jiǎn)程度不同。第94頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六狀態(tài)量與過(guò)程量狀態(tài)量：描述工質(zhì)狀態(tài)，工質(zhì)的狀態(tài)一定，狀態(tài)參數(shù)一定。具有物理上勢(shì)函數(shù)的特征狀態(tài)參數(shù)的變化與過(guò)程無(wú)關(guān)，狀態(tài)參數(shù)的全微分是恰當(dāng)微分，微元量用符號(hào)dz表示。過(guò)程量（功和熱）只有在熱力過(guò)程中通過(guò)邊界才能實(shí)現(xiàn)交換和傳遞。沒有過(guò)程就不會(huì)有遷移的能量——功和熱。不能說(shuō)“系統(tǒng)具有多少功量或熱量”功量和熱量的大小不僅和系統(tǒng)的初、終態(tài)有關(guān)，而且與系統(tǒng)經(jīng)歷的過(guò)程有關(guān)。不是恰當(dāng)微分，微元過(guò)程寫成“W”和“Q”第95頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六思考題有人說(shuō)，不可逆過(guò)程是無(wú)法恢復(fù)到初始狀態(tài)的過(guò)程，這種說(shuō)法對(duì)嗎？不對(duì)。關(guān)鍵看是否引起外界變化?？赡孢^(guò)程指若系統(tǒng)回到初態(tài)，外界同時(shí)恢復(fù)到初態(tài)?？赡孢^(guò)程并不是指系統(tǒng)必須回到初態(tài)的過(guò)程。第96頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的區(qū)別和聯(lián)系可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程不一定是可逆過(guò)程可逆過(guò)程＝準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程＋無(wú)耗散可逆過(guò)程完全理想，以后均用可逆過(guò)程的概念。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程很少用。第97頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（1）以冰水混合物為熱力系90℃0℃緩慢加熱外部溫差傳熱準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程系統(tǒng)內(nèi)部等溫傳熱，無(wú)耗散內(nèi)可逆外不可逆第98頁(yè)，共110頁(yè)，2023年，2月20日，星期六判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（2）蒸汽流經(jīng)減壓閥進(jìn)入汽輪機(jī)典型的