基本概念及定义热力学ppt课件

1、第一章第一章 根本概念及定义根本概念及定义1-1 热力学系统热力学系统1-2 热力学系统的形状及根本形状参数热力学系统的形状及根本形状参数1-3 平衡形状和形状参数坐标图平衡形状和形状参数坐标图1-4 形状方程式形状方程式1-5 准静态过程和可逆过程准静态过程和可逆过程1-6 可逆过程的功可逆过程的功1-7 热量热量1-8 热力循环热力循环本章小结及作业本章小结及作业1-1 1-1 热力学系统热力学系统外界：系统之外一切其他物质。外界：系统之外一切其他物质。边境：分割系统与外界的界面。边境：分割系统与外界的界面。 一、热力学系统概念一、热力学系统概念热力学系统系统，热力学系统系统，system

2、： 被事先选作研讨对象的某些确定的物被事先选作研讨对象的某些确定的物质或某个确定空间中的物质质或某个确定空间中的物质 。即系统、外界、边境构成了热力学模型所必不可少的三个根本组成部分。即系统、外界、边境构成了热力学模型所必不可少的三个根本组成部分。 边境把系统与外界完全分隔开来，一定是完全封锁的。边境把系统与外界完全分隔开来，一定是完全封锁的。 系统选取是人为的，可根据处理问题的方便、思想方式因人而异，系统选取是人为的，可根据处理问题的方便、思想方式因人而异， 普通选固定的物质或固定空间中的物质为系统。普通选固定的物质或固定空间中的物质为系统。留意：留意：第一章 根本概念及定义3 边境有边境有

3、 真实的、真实的、 固定的固定的 假想的、假想的、 变动的变动的 之分。之分。 系统与外界之间有且仅有三种作用方式，即系统与外界之间有且仅有三种作用方式，即 质量交换、质量交换、 热量交换、热量交换、 功量交换。功量交换。例例按系统与外界相互作用的性质对系统的分类按系统与外界相互作用的性质对系统的分类:开口系开口系open systemopen system: : 有，普通以固定空间中的物质为系统有，普通以固定空间中的物质为系统, ,称称CVCV。闭口系闭口系closed systemclosed system: : 无，以固定的物质为系统，称无，以固定的物质为系统，称CMCM。 按系统与外界

4、能否有质量交换：按系统与外界能否有质量交换： 按系统与外界能否有热量交换按系统与外界能否有热量交换绝热系统绝热系统insulated system非绝热系统非绝热系统特例：透热系统特例：透热系统 按系统与外界交换的准静态功的方式分类按系统与外界交换的准静态功的方式分类简单系统简单系统复杂系统复杂系统孤立系统孤立系统isolated system 1-2 热力学系统的形状及根本形状参数热力学系统的形状及根本形状参数热力学形状热力学形状( (形状形状) :) : 热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理情况。热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理情况。p, v 和和 T，是直接可测的，是直接可测的 。形状参

5、数形状参数 ： 用来描画和阐明系统系统所处形状的一些宏观物理量用来描画和阐明系统系统所处形状的一些宏观物理量, , 只与所处形状有关，而与过程、实现的途径无关。只与所处形状有关，而与过程、实现的途径无关。最根本形状参数最根本形状参数:1比体积比体积 vmVv vVm1单位质量物质占有的体积。单位质量物质占有的体积。描画系统内部物质分布情况的参数。描画系统内部物质分布情况的参数。2.2.压力压力 ( (压强压强) p) p 流体在单位面积上的垂直作用力流体在单位面积上的垂直作用力 。 描画流体物质组成的热力系统内部力学情况的参描画流体物质组成的热力系统内部力学情况的参数。数。绝对压力绝对压力 a

6、bsolute pressure , p大气压力大气压力 atmospheric pressure，pb表压力表压力 gauge pressure，pg 真空度真空度 vacuum pressure，pv 压力的单位：压力的单位： 规范单位：规范单位：Pa，kPa , MPa 非规范单位：非规范单位：bar、atm、at、mmHg 、mmH2O等等 3. 温度温度 Temperature , T ( t )温度是标志系统冷、热程度的参数。温度是标志系统冷、热程度的参数。温度的建立以及丈量是以热力学第零定律为根底的。温度的建立以及丈量是以热力学第零定律为根底的。热力学第零定律热平衡定律热力学第零

7、定律热平衡定律The Zeroth Law of Thermodynamics ： 两个系统分别与第三个系统处于热平衡，那么这两个系统彼此两个系统分别与第三个系统处于热平衡，那么这两个系统彼此也必然处于热平衡。也必然处于热平衡。 处于同一热平衡态的一切系统，不论能否相互接触，必定有某一处于同一热平衡态的一切系统，不论能否相互接触，必定有某一宏观特性是彼此一样的，我们把描画此宏观特性的物理量称为温度。宏观特性是彼此一样的，我们把描画此宏观特性的物理量称为温度。 一切互为热平衡的系统都具有一样的温度。一切互为热平衡的系统都具有一样的温度。华氏温度与摄氏温度之间的关系：华氏温度与摄氏温度之间的关系：

8、第一章 根本概念及定义8thermodynamic temperature, T , K摄氏温度摄氏温度 centigrade temperature, t , centigrade temperature, t , 温标：温度的数值表示方法，国际上普遍采用的是热力学温标。温标：温度的数值表示方法，国际上普遍采用的是热力学温标。 热力学温度绝对温度以水的三相点温度作为热力学温度的固定点，以水的三相点温度作为热力学温度的固定点，K16273.Ttp15.273 tT热力学温度与摄氏温度之间的关系：热力学温度与摄氏温度之间的关系：华氏温度华氏温度 Fahrenheit temperature, t

9、 , Fahrenheit temperature, t , F F 不不要求！要求！第一章 根本概念及定义91-3 平衡形状和形状参数坐标图平衡形状和形状参数坐标图平衡形状热力学平衡形状：平衡形状热力学平衡形状： 热力学平衡热力学平衡平衡形状平衡形状系统内部以及系统与外界系统内部以及系统与外界之间不存在任何不平衡势之间不存在任何不平衡势热平衡热平衡力平衡力平衡相平衡相平衡化学平衡化学平衡稳定平衡态定律：稳定平衡态定律： 在外界不产生任何影响的条件下，系统从任何一在外界不产生任何影响的条件下，系统从任何一个非平衡形状出发，经过足够长的时间，总能到达一个非平衡形状出发，经过足够长的时间，总能到达

10、一个而且只需一个稳定的热力学平衡形状。个而且只需一个稳定的热力学平衡形状。在外界不产生任何影响的条件下可以长久坚持下去的形状。在外界不产生任何影响的条件下可以长久坚持下去的形状。非非“作用作用即系统的宏观性质不随时间改动的形状即系统的宏观性质不随时间改动的形状系统形状变化，取决于系统和外界间的能量传送。系统形状变化，取决于系统和外界间的能量传送。 对于常见的气态物质组成的系统，没有化学反响时，即简单对于常见的气态物质组成的系统，没有化学反响时，即简单可紧缩系统，它和外界间传送的能量只需热量和系统容积变化可紧缩系统，它和外界间传送的能量只需热量和系统容积变化功，因此只需有两个独立的形状参数即可确

11、定系统的形状。功，因此只需有两个独立的形状参数即可确定系统的形状。 形状公理：形状公理： 确定系统平衡形状所需的独立形状参数的数目，等于系统确定系统平衡形状所需的独立形状参数的数目，等于系统和外界间进展能量传送方式的数目。和外界间进展能量传送方式的数目。n+1形状参数坐标图：形状参数坐标图： ex: P-V, T-s, h-s, p-h 运用两个独立形状参数，可组成形状参数坐标图。运用两个独立形状参数，可组成形状参数坐标图。留意：图上恣意一点代表一个平衡形状；留意：图上恣意一点代表一个平衡形状；假设系统处于不平衡形状假设系统处于不平衡形状, 那么无法在形状参数坐标图上描画。那么无法在形状参数坐

12、标图上描画。1-4 1-4 形状方程式形状方程式形状方程式形状方程式 三个根本形状参数三个根本形状参数(p、v、T)之间的函数关系。即：之间的函数关系。即： 隐函数方式：隐函数方式： F(p，v，T)0 显函数方式：显函数方式：Tf1(p，v)，pf2(v，T)，vf3(p，T) 2. 2. 理想气体形状方程式克拉贝龙方程理想气体形状方程式克拉贝龙方程 1kg1kmolRTpVmm kgn kmolnRTpV TmRpVgRg气体常数，与气体的种类有关。气体常数，与气体的种类有关。R 通用气体常数通用气体常数M , 气体的摩尔质量，气体的摩尔质量，kg/kmol Vm,千摩尔容积，千摩尔容积，

13、 m3/kmolTRpvgK)(kmolkJ314. 8RMRRg第一章 根本概念及定义121-5 准静态过程和可逆过程准静态过程和可逆过程1. 热力过程热力过程 系统从一个形状出发，阅历一系列中间形状而变系统从一个形状出发，阅历一系列中间形状而变化到另一个形状所阅历的全部过程称为热力过程。化到另一个形状所阅历的全部过程称为热力过程。初态初态终态终态ApGpAb条件改动：条件改动：G为为G,使使ApGpAbApGApb第一章 根本概念及定义13在形状参数坐标图上，可用一条过在形状参数坐标图上，可用一条过程曲线定性地表示该准静态过程。程曲线定性地表示该准静态过程。虚线，表一非准静态过程。虚线，表

14、一非准静态过程。2. 准静态过程准静态过程 quasi-static state process 过程中系统阅历的是一系列平衡形状，并在过程中系统阅历的是一系列平衡形状，并在每次形状变化时仅是无限小地偏离平衡形状。每次形状变化时仅是无限小地偏离平衡形状。实现准静态过程的条件：实现准静态过程的条件：系统和外界系统和外界0大部分实践过程可以近似地当作准静态过程。大部分实践过程可以近似地当作准静态过程。第一章 根本概念及定义143. 可逆过程可逆过程 Reversible Process 系统阅历了一个热力过程后，系统阅历了一个热力过程后，假设可以沿原过程的途径逆向进展，假设可以沿原过程的途径逆向进

15、展，并使系统和外界都恢复到初态而不并使系统和外界都恢复到初态而不留下任何影响，那么称系统原先阅留下任何影响，那么称系统原先阅历的过程为可逆过程。历的过程为可逆过程。可逆过程必需满足的条件：可逆过程必需满足的条件：准静态过程；准静态过程；无任何耗散效应。耗散效应必产生无法消除的影响无任何耗散效应。耗散效应必产生无法消除的影响无耗散的准静态过程无耗散的准静态过程 = 可逆过程可逆过程可逆过程是假想的、理想化的模型；可逆过程是假想的、理想化的模型；一真实践过程都是不可逆的。一真实践过程都是不可逆的。第一章 根本概念及定义151.1.热力学中功量的定义热力学中功量的定义 功量是系统和外界间经过边境而传

16、送的能量，功量是系统和外界间经过边境而传送的能量， 且其全部效果表现为举起重物。且其全部效果表现为举起重物。1-6 可逆过程的功可逆过程的功2.2.可逆过程的容积变化功可逆过程的容积变化功容积变化功膨胀功或紧缩功：容积变化功膨胀功或紧缩功： 直接由系统容积变化与外界间发生作用而传送的功。直接由系统容积变化与外界间发生作用而传送的功。 功量是物体间经过有规那么的微观运动或宏观运功量是物体间经过有规那么的微观运动或宏观运动发生相互作用而传送的能量。动发生相互作用而传送的能量。vpwdVpWd2112dvpw212112ddVpvpmW规定：系统对外界作功，规定：系统对外界作功，W W为正；外界对系

17、统作功，为正；外界对系统作功，W W为负。为负。 过程线下面积等于可逆过程中容积变化功的大小，过程线下面积等于可逆过程中容积变化功的大小， 。对微元可逆过程：对微元可逆过程：对可逆过程对可逆过程1-2： 功量是过程量，仅存在于过程中，过程功量是过程量，仅存在于过程中，过程一旦终了，功量这种能量方式就不复存在。一旦终了，功量这种能量方式就不复存在。第一章 根本概念及定义171-7 热量热量热量：系统和外界之间仅仅由于温度不同而经过边境传送的能量。热量：系统和外界之间仅仅由于温度不同而经过边境传送的能量。 热量是物体间经过紊乱的分子运动发生相互作用而传送的能量。热量是物体间经过紊乱的分子运动发生相

18、互作用而传送的能量。 热量不能够把它的全部效果表现为举起重物。热量不能够把它的全部效果表现为举起重物。 热量是过程量；热量是传送的能量瞬时量。热量是过程量；热量是传送的能量瞬时量。区别：热量与功量，热能与热量区别：热量与功量，热能与热量热量：物体间经过紊乱的分子运动发生相互作用而传送的能量热量：物体间经过紊乱的分子运动发生相互作用而传送的能量功量：物体间经过有规那么的微观或宏观运动发生相互作用而传送的能功量：物体间经过有规那么的微观或宏观运动发生相互作用而传送的能量量热能：物体内部所具有的能量，热力学能，可存储于物体内。热能：物体内部所具有的能量，热力学能，可存储于物体内。热量：两物体间传送的

19、热能的数量，不能说热量：两物体间传送的热能的数量，不能说“物体含有热量。物体含有热量。第一章 根本概念及定义18热量符号规定：系统吸热为正，系统放热为负。热量符号规定：系统吸热为正，系统放热为负。 sTqdSTQd2112dsTq212112ddSTsTmQ 过程线下方的面积等于可逆过程所交换的热量的大小，过程线下方的面积等于可逆过程所交换的热量的大小， 。2.2.可逆过程的热量可逆过程的热量对微元可逆过程：对微元可逆过程：对可逆过程对可逆过程1-2：3. 3. 热量与功量的类比热量与功量的类比是物体间经过有规律的微观运动是物体间经过有规律的微观运动或宏观运动发生相互作用而传送或宏观运动发生相

20、互作用而传送的能量，可以把其全部效果表现的能量，可以把其全部效果表现为举起重物。为举起重物。功：功：热量：热量：物体间经过紊乱的分子运动发生物体间经过紊乱的分子运动发生相互作用而传送的能量，不能把相互作用而传送的能量，不能把其全部效果表现为举起重物。其全部效果表现为举起重物。可逆过程中可逆过程中可逆过程中可逆过程中P 工质对外作功的推进力工质对外作功的推进力;dv 形状参数比体积的变化形状参数比体积的变化:是衡量可逆过程中工质与外是衡量可逆过程中工质与外界作功与否的标志。界作功与否的标志。在在p-v图上：图上：一点：一个平衡形状一点：一个平衡形状一实线：一个准静态过程一实线：一个准静态过程曲线

21、下面积：曲线下面积：可逆过程中系统所可逆过程中系统所做的容积变化功。做的容积变化功。功是过程量功是过程量vpwdVpWdsTqdSTQdT 对热交换起着推进力的作用对热交换起着推进力的作用;ds 形状参数比熵的变化形状参数比熵的变化:是衡量可逆过程中工质与外是衡量可逆过程中工质与外界能否发生热交换的标志。界能否发生热交换的标志。在在T-sT-s图上：图上：一点：一个平衡形状一点：一个平衡形状一实线：一个准静态过程一实线：一个准静态过程曲线下面积：曲线下面积：可逆过程中系统与可逆过程中系统与外界所交换热量。外界所交换热量。热量是过程量热量是过程量4. 4. 比热容及用比热容计算热量比热容及用比热容计算热量1kg 物质在可逆过程中温度升高物质在可逆过程中温度升高1K(或或1)所需的热量。即所需的热量。即 比定容热容比定容热容cV：VVTqc)d(TcqVVd和和比定压热容比定压热容cp：ppTqc)d(Tcqppd和和TqcdJ/(kgK)质量热容质量热容(比热容比热容)