高等工程热力学第1章

1、第一章 基本概念第一节第一节 平衡状态及判定平衡状态及判定 定义：系统在不受外界影响（外力场作用）条件定义：系统在不受外界影响（外力场作用）条件下，宏观热力性质不随时间变化的状态，称下，宏观热力性质不随时间变化的状态，称平衡平衡状态状态 。第一章 基本概念热力学的热力学的平衡条件：平衡条件： 力平衡、热平衡力平衡、热平衡 势平衡（即无化学反应的势的变化）。势平衡（即无化学反应的势的变化）。 物系是否处于平衡态，应从本质而不能从现象来物系是否处于平衡态，应从本质而不能从现象来判别。例如稳态导热中，物系的状态也不随时间判别。例如稳态导热中，物系的状态也不随时间而变，但此时在外界的作用下物系有内外势

2、差存而变，但此时在外界的作用下物系有内外势差存在，因此该物系的状态只能称为稳态，而不是平在，因此该物系的状态只能称为稳态，而不是平衡态。平衡时各点强度性参数都一样。衡态。平衡时各点强度性参数都一样。平衡必稳态，但稳态不一定平衡。平衡必稳态，但稳态不一定平衡。 第一章 基本概念 平衡和均匀是两种不同性质的概念。处于平衡和均匀是两种不同性质的概念。处于平衡态的物系状态不随时间改变，平衡和时平衡态的物系状态不随时间改变，平衡和时间的概念联系在一起。而均匀是指物系内部间的概念联系在一起。而均匀是指物系内部空间各点的状态参数均匀一致，均匀是相对空间各点的状态参数均匀一致，均匀是相对空间而言的。空间而言的

3、。均匀不一定平衡，平衡亦不一定均匀。均匀不一定平衡，平衡亦不一定均匀。 7能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡状态。热力学中的平衡是指物系的宏观状态而言倘若组成热力系统的各部分之间没有热量的传递，系统就处于热的平衡；各部分之间没有相对位移，系统就处于力的平衡。同时具备了热和力的平衡，系统就处于热力平衡状态。如果系统内还存在化学反应，还应包括化学平衡。处于热力平衡状态的系统，只要不受外界影响，它的状态就不会随时间改变，平衡也不会自发地破坏。平 衡 态 判 据一、平衡的一般概念一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下，系统的状态8力平衡相平衡化学平衡相间物质的传递可以看作化学反应的特例化学平

4、衡实现平衡的条件不平衡状态的系统，在没有外界条件的影响下，总会自发地趋于平衡状态。只有在系统内或系统与外界之间一切不平衡的势差都不存在时，系统的一切宏观变化方可停止，此时热力系统所处的状态才是平衡状态。就平衡而言，没有势差是其本质，而状态不变仅是现象。物系是否处于平衡态，应从本质而不能从现象来判别。系统达到平衡需同时达到热平衡孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理指出：自发变化的方向实现平衡的条件E=常数是孤立系变化的约束条件；V常数及U=常数是简单可压缩孤立系约束条件：9二、 平衡判据1、平衡的普遍判据10 QT rd S 2、定温、定容和定温、定压系统平衡判据热力学第二定律的数学表达式Q = d

5、U + WtotdU + WTrdS dU + WTdS 移项整理外界热源温度对于简单可压缩系T为常数，热平衡T=Tr11dAT -W另一约束条件为V常数，则定温定容系统过程进行的方向：实现平衡的条件：dAT ,V 0dAT ,V 0dAT .V = 0定温定压系统过程的方向：平衡的条件：dGT , p 0dGT , p = 0dU - d(TS ) = d(U - TS ) -WAU-TS自由能（亥姆霍兹函数）同理dGT , p 0G = H - TS自由焓(吉布斯函数)其中 是驱使第i 种组分变化的势，即化学势：12由r 种物质组成的化学系统, nr )G = G( p, T , n1 ,

6、 n2 ,热力平衡系统三、化学势驱使物质改变的势叫化学势。用G表示的化学势13改变约束条件，化学势还可有其它的表达式、但是无论如何表示，其实质都相同：据化学势概念，定温、定容和定压、定温系统的平衡判据:用A表示的化学势四. 稳定平衡判据力学中平衡的稳定性如何判别系统是否处于稳定平衡状态？已处于平衡态的物系的状态不会改变，熵达最大。假想系统偏离原有状态发生“虚变化”，设S = f (x)，按泰勒级数展开14稳定平衡不稳定平衡随遇平衡亚稳定平衡d S1 d S= S + S +S - S = 2 S +2 ，1SU ,V = 02SU ,V 015系统熵的一阶变化系统熵的二阶变化S = x +(x

7、)2 +2dx 2! dx21 22!12高价无穷小S 0S = SS0S 的正、负号取决于d2Sdx平衡时熵 d2S达极大值 dx2 0S 0 GT , p = 016不稳定状态1= 01SU ,V = 0 2 SU ,V 02 SU ,V 01SU ,V = 02 SU ,V F cos + fpA = F cos + fpb膨胀作功4.可逆过程可用状态参数图上实线表示。pA = F cos ( f = 0) 准静态过程，可逆讨论：1.可逆=准静态+没有耗散效应；2.一切实际过程不可逆；3.内部可逆过程概念；20内部平衡并无关系，准平衡过程进行时可能发生能量耗散；可逆过程则是分析系统与外界

8、作用所产生的总效果，不仅要求系统内部是平衡的，而且要求过程进行时不存在任何能量的耗散；可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程只是可逆过程的必要条件。过程不可逆的成因：有限势差作用不平衡过程，产生一些不可回复的后遗效果，消除这种后果要付出代价。与物性有关的耗散损失摩擦、粘性以及电阻、磁阻等的作用而产生不可逆损失。物系进行了一个不可逆过程必定会产生损失。可逆过程必定可用状态参数图上连续实线表示。准平衡过程和可逆过程的区别准平衡过程着眼系统内部平衡，有无外部机械摩擦对工质21耗散损失孤立起来，使问题简化。热力学中引用可逆过程概念的原因：实际过程都是不可逆的。可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。

9、在分析过程外部条件对能量转换影响时，把与物性有关的22热 量 和 功 量一、 热量定义：仅仅由于两个系统之间温度不同而引起的从一个系统向另一个系统传递的能量。热量是在传送过程中的能量，不是存贮在系统中的能量，因此热量不是系统的状态参数，热量是过程的函数。热量可通过比热容来计算Q = mcdTQ = TdS热量也可通过能量方程来计算 Q = dU + W可逆过程热量还可根据系统熵的变化来计算23二、 功量1、 定义：功是热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。功是热力系通过边界与外界交换的能量，不是状态的函数，所以与系统本身具有的宏观运动动能和宏观位能不同。2、功的计算A、可

10、压缩物体的膨胀功和压缩功（或统称体积功）W = 24FA= E e =F = AE e根据应变的定义dL = L0 de把弹性杆或金属丝作为热力系统，则外界所耗的功为W = -F d LAEL02(e)2ee =0 AEL0 ede = B. 拉伸弹性杠或金属丝所耗的功设弹性构件等温拉伸，按虎克定律，W = dA25C、液膜表面张力功设液体表面薄膜张于金属线框上，线框的右侧为一可以移动的金属线如图。把液体薄膜当作一个热力系统来研究，将液体薄膜向右拉大面积dA，而液体薄膜的表面张力为 ，表面张力即扩大液膜单位面积时外界对它所做的功，则扩大液膜面积dA时，外界对它所做的功为W = - dA表面张力

11、功21一个液膜有上下两个表面dA = 2ldx26iWtot = F dxi= Fi dxiD、可逆电池充电所耗功可逆电池充电所消耗的功为 ：W = -EdQeW = Ei d热力学系统功的广义表达式：广义力，强度参数广义位移的微分量，广延参数Wtot = pdV - FdL - dA - EdQe +下一章27热力系统（热力系、系统、体系）, 外界和边界 系统：人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统。 外界： 与体系发生质、能交换的物系。 边界：系统与外界的分界面（线）。注意： 1）系统与外界的人为性；2）外界与环境介质；3）边界可以是：a）刚性的或可变形的或有弹性的；b）固定的或可

12、移动的；c）实际的或虚拟的。回顾 热力系分类（1） 按组元数单元系多元系 按相数单相系复相系注意：1）不计恒外力场影响。2）复相系未必不均匀湿蒸汽；单元系未必均匀气液平衡分离状态。 热力系分类（2）按系统与外界质量交换分：闭口系（控制质量CM）没有质量越过边界2829开口系（控制体积CV）通过边界与外界有质量交换绝热系与外界无热量交换;孤立系与外界无任何形式的质能交换。简单可压缩系由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交换容积变化功的有限物质系统。30注意：1）闭口系与系统内质量不变的区别；2）开口系与绝热系的关系；3）孤立系与绝热系的关系。 热力系示例 刚性绝热气缸-活塞系统，一侧设有电热丝

13、。红线内闭口绝热系黄线内（不包含电热丝）闭口系绿线内（包含电热丝）闭口绝热系兰线内孤立系31 刚性绝热喷管取红线为系统闭口系取喷管为系统开口系绝热系? A、B两部落“鸡、犬之声相闻，民至老死不相往来”AB孤立系A部落为系统闭口系A+B部落为系统 热力学状态和状态参数 热力学状态系统宏观物理状况的综合 状态参数描述物系所处状态的宏观物 理量a）状态参数是宏观量，是大量粒子的 平均效应，只有平衡态才有状参，系统有多个状态参数，如p,V , T ,U , H , S , F , G 等。b）状态参数的特性状态的单值函数11物理上与过程无关数学上其微量是全微分， dx = 0 b2C）状态参数分类：广

14、延量强度量 （广延量的比性质，具有强度量特性）32 t ( ) 32 F33 273.15 系统两个状态相同的充要条件：所有状参一一对应相等简单可压缩系两状态相同的充要条件：两个独立的状态参数对应相等 基本状态参数 温度测温的基础热力学零定律热力学温标和国际摄氏温标59t (C ) = t C = T K附： 华氏温标和摄氏温标 压力绝对压力 p；表压力 pe（pg）;真空度 pv；p = pb + pe ( p pb )p = pb - pv ( p pb )FAp =U动压力、静压力、滞止压力和绝对压力 ? 热力学能UchUnuUthUk平移动能转动动能振动动能f1 (T )Up f 2

15、(T , v )34U = U (T , v)35k p总能 总（储存）能热力学能，内部储存能E=U+E +E宏观动能 宏观位能外部储存能推动功：系统引进或排除工质传递的功量。pAH = pv 焓 推动功和流动功流动功：系统维持流动所花费的代价。p2 v2 -p1v1 (= pv) 焓定义：H=U+pV物理意义： 引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。 3637 熵是状态参数1）证明：任意可逆过程可用一组初、终态相同的由可逆绝热及等温过程组成的过程替代。如图1-2可用1-a，a-b-c及c-2代替W1- a = - AB = D + FW1-2 = C + E + Dwa -c = B +

16、A + C + E + Gwc - 2 = -F - G令O 熵 克劳修斯熵RQTdS =38W1- a -c -2 = w1- a + wa -c + wc - 2u1- 2 = u1- 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 = u1- 2 + w1- 2 = q1- a - c - 2= u1-a - c - 2 + w1- a - c -2Oq2i q1i = 0 392） 熵参数的导出TL,iTH,iq2iq1it

17、,i = 1 -= 1-q1iTH,i令分割循环的可逆绝热线 无穷大，且任意两线间距离 0，则qiTr,iqTr=TL,i TH,iq2iTL,i = 0O= 040qTrqT= 0 = 0qT revds =讨论：1）因证明中仅利用卡诺循环，故与工质性质无关；2）因s是状态参数，故s1-2= s2-s1与过程无关；qTr= 03) -克劳修斯积分等式，（Tr热源温度）令s状态参数41 克劳修斯积分不等式可逆小循环用一组等熵线分割循环不可逆小循环可逆小循环部分：qTr= 0不可逆小循环部分：q2,iq1,iTL,iTH,i1 - 0qTr 0O可逆部分+不可逆部分qTr可逆 “=”不可逆“”注

18、意：1）Tr 是热源温度2）工质循环，故 q 的符号以工质考虑。42qTr 0 0qTr 0结合克氏等式，有克劳修斯不等式 0 + 01 A 2 T T 1 A 2 T T1 A 2 T Tr r r r s1 2 = ds Tr43 第二定律的数学表达式qTr1 12 2 qq q2 B1r rr rev2 B1 1B 21B 2q q q qq qO0 s2 1 s所以21qTrqTr 0ds qTr可逆“=”不可逆，不等号第二定律数学表达式讨论： 违反上述任一表达式就可导出违反第二定律 热力学第二定律数学表达式给出了热过程的方向判据44+ Rg g ln 2= RlnT2 v2T1 v1

19、s = cV lnq = Ts 0s = Rg ln 2q =045并不意味1a) 2 q1b)若热源相同，则说明 qrev qirr 或热源相同，热量相同，但终态不同，经不可逆达终态s2s2（可逆达终态），如：46 熵的微观意义1）有序和无序有序无序2）熵增与无序度abcv2v1假定为理想气体，自由膨胀 s = Rg lnsc sb saabsa sbabsab 0ta 047dS = 48熵是系统微观粒子无序度大小的度量。微观状态数W表示宏观系统的无序度，S = k ln W玻尔兹曼关系玻尔兹曼常数 Q T revS = k ln W一致的克劳修斯熵波尔茨曼熵熵是由大量微观粒子组成的宏观体

20、系的一种特性，正比于体系宏观状态概率的对数，某种宏观状态的熵值大，意味着这种状态出现的概率大，表示这种状态中微观粒子处于“无序”、“混乱”；宏观状态的熵值小，意味着这种状态出现概率小，表示微观粒子“有序”、“整齐”。吸收热量，系统微观粒子的运动更为剧烈，微观粒子处于更“无序”、“混乱”的状态，即熵值增大；反之放热系统微观粒子的运动受“冻结”，使微观粒子“有序”、“整齐”，熵值减小。 如何改变系统的熵改变系统质量质熵流与系统进行热交换热熵流系统内进行不可逆过程熵产49f = p d v21 亥姆霍兹函数和吉布斯函数 亥姆霍兹函数F（比亥姆霍兹函数 f）又称自由能a）定义：F =U TS；f =

21、uT sb）因U，T，S均为状态参数，所以F也是状态参数c）单位 J （ kJ）d）物理意义q = du + w Tds = du + pdv du = Tds - pdvdf = du - Tds - sdT = -sdT - pdv定温过程所以，可逆定温过程中自由能的减少量是过程膨胀功。亥姆霍兹函数也可用A表示。50定温过程：51 吉布斯函数G（比吉布斯函数g）又称自由焓a）定义：G =H TS， g = h T sb）因H，T，S均为状态参数，所以G也是状态参数c）单位 J （kJ）d）物理意义q = dh + wt dh = Tds + vdpdg = dh Tds sdT = sdT

22、 + vdp所以可逆定温过程中自由焓的减少量是过程的技术功。52准静态过程可在状态参数图上o用连续实线表示 可逆过程定义：系统可经原途径返回原来状 态而在外界不留下任何变化的过程。 可逆过程 准静态过程定义：偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变化过程。进行条件：破坏平衡的势 p, T 无穷小过程进行无限缓慢工质有恢复平衡的能力o 功、可逆过程的功 功的力学定义： 功的热力学定义：通过边界传递的能量其全部效果可表现为举起重物。 可逆过程功的计算2 2 21 1 1功是过程量功可以用p-v图上过程线与v轴包围的面积表示5354 功的符号约定：系统对外作功为“+”；外界对系统作功为“-” 功的单位

23、： J kJo 有用功概念Wu = W - Wlos -Wp其中 W膨胀功；Wlos摩擦耗功；Wp=排斥大气功pbf55 热量 定义：仅由于温差而通过边界传递的量。 符号约定：系统吸热“+”；放热“-” 单位： J( kJ )热量是过程量 计算式及状态参数图（T - s 图上）表示21Q = TdS56 热量与功的异同：1.均为通过边界传递的能量；2.均为过程量；3.功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志；热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志；4.功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量；热是物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用而传递的能量。功热热是无条件的；功是有条件、限度的。57

24、 平衡状态和稳定状态 平衡状态定义：若无外界影响系统保持状态参数值不随时间而改变的状态。 热平衡：在无外界作用的条件下，系统内部系统与外界处处温度相等。 力平衡：在无外界作用的条件下，系统内 部，系统与外界处处压力相等。 热力平衡的充要条件系统同时达到热平衡和力平衡。58 稳定状态定义：系统保持状态参数值不随时间而改变的1）系统平衡与均匀 平衡可不均匀状态。讨论：2）平衡与稳定 稳定未必平衡热稳定性的条件是 p v TcV 03）力学稳定性的条件是稳定流动特征：1）各截面上参数不随时间变化。2）ECV=0， SCV=0， mCV=0?注意：区分各截面间参数可不同。59局部平衡的概念： 稳定与局

25、部平衡第一章 基本概念 四个四个平衡判据平衡判据 ： 对于孤立系第二定律可以表达为对于孤立系第二定律可以表达为 (1-1) 即孤立系的熵朝向熵增的方向发展，直到当熵为即孤立系的熵朝向熵增的方向发展，直到当熵为最大值时，系统的状态不再改变而达到平衡态。最大值时，系统的状态不再改变而达到平衡态。 对于非孤立系时，第二定律的表达式是对于非孤立系时，第二定律的表达式是 (1-2) 式中，式中，S是系统的熵，是系统的熵， 是环境温度，是环境温度， 是系统和是系统和外界交换的热量。外界交换的热量。0isodSsurQdSTsurTQ第一章 基本概念 根据热力学第一定律，无论过程是否可逆，根据热力学第一定律

26、，无论过程是否可逆，就简单可压缩系统而言，均可表示就简单可压缩系统而言，均可表示 式中，式中， 是系统内能的微分，将上式代入式是系统内能的微分，将上式代入式 （1-21-2），得），得 （1-2a1-2a） 因系统达到平衡时，系统必须保持热平衡，故环因系统达到平衡时，系统必须保持热平衡，故环境温度和系统温度应相等，即境温度和系统温度应相等，即 。此时此时 = + QdUWdUsurdUWdST+surTT=第一章 基本概念 (1-3)(1-3) 移项后上式可写成移项后上式可写成 由上式可知，当系统等容定熵时，由上式可知，当系统等容定熵时， ，可得可得 (1-4)(1-4) 称式（称式（1-41

27、-4）为）为内能判据内能判据。从而可知，对等容定。从而可知，对等容定熵系统可用内能判据判别过程进行的方向熵系统可用内能判据判别过程进行的方向( )( )和实现平衡的条件（和实现平衡的条件（ ）。）。 dUWdST+dUTdSW-0TdSW-=.()0s vd U.()0s vdU.()0svdU=第一章 基本概念 对于式对于式(1-3) ,(1-3) ,在规定在规定T=T=常数为约束条件后，常数为约束条件后，式（式（1 13 3）可写成）可写成 （1-51-5） 定义自由能定义自由能 ，有，有 如规定系统另一约束条件为如规定系统另一约束条件为V=V=常数常数 则则 ，可得，可得 （1-61-6

28、） 称式（称式（1-61-6）为）为自由能判据自由能判据。从而可知，对定温定。从而可知，对定温定容系统可用自由能判据判别过程进行的方向容系统可用自由能判据判别过程进行的方向（ ）和实现平衡的条件）和实现平衡的条件( )( )。fUTS=-.T VdfW -0W-=.0TVd f=.0T Vdf.0T Vdf=()()dUd TSd UTSW-=- -第一章 基本概念 如约束条件改为如约束条件改为T=T=常数及常数及P=P=常数，此时常数，此时 代入式（代入式（1-51-5），移项后得到），移项后得到 (1-7)(1-7) 定义自由焓定义自由焓 代入上式，最后可得代入上式，最后可得 到到 (1-

29、8) (1-8) 称式（称式（1-81-8）为）为自由焓判据自由焓判据。从而可知，对定温定。从而可知，对定温定压系统可用自由焓指出过程的方向（压系统可用自由焓指出过程的方向（ ）和平衡的条件和平衡的条件( ) ( ) 。()WpdV d pV=()0d UpVTS+-G U pV TS= +-.0Tpd G.0T pdG.0T pdG=第一章 基本概念 对于非孤立系，由第一定律和第二定律可得对于非孤立系，由第一定律和第二定律可得 由上式可知，当系统过程为等压定熵时，由上式可知，当系统过程为等压定熵时， , ,可得可得 （1-91-9） 称式（称式（1-91-9）为）为焓判据焓判据。从而可知，对

30、等压定熵系。从而可知，对等压定熵系统可用内能判据判别过程进行的方向统可用内能判据判别过程进行的方向( ( ）和实现平衡的条件（和实现平衡的条件（ ）。）。 dhTdsvdp+0Tds vdp+=.()0s pdh.()0s pdh.()0s pdh=第一章 基本概念 势平衡势平衡：驱使物质改变的势叫化学势：驱使物质改变的势叫化学势 。只有在。只有在系统内部所有的化学势差都消失时，热力平衡下系统内部所有的化学势差都消失时，热力平衡下的系统才能实现完全平衡。的系统才能实现完全平衡。 一个由一个由 种物质组成的化学系统，它的自由焓种物质组成的化学系统，它的自由焓函数应是函数应是 式中式中,n,n代表

31、各成分的摩尔数。上式的恰当微分代表各成分的摩尔数。上式的恰当微分是是 12( , , ,.,)rGG p T n nn=(), ,1()()()j j irp nT nT p niGGGdGdTdpTpp=+r第一章 基本概念 上式等号右边前两项的下标上式等号右边前两项的下标n，表示，表示T或或P变化时任变化时任一组分的摩尔数都不变，这两项是系统热力不平衡一组分的摩尔数都不变，这两项是系统热力不平衡所产生的所产生的G的变化；第三项的下标的变化；第三项的下标 表示除第表示除第i种组分外，其余所有组分的质量均为常数值，这一种组分外，其余所有组分的质量均为常数值，这一向是因化学不平衡而产生的向是因化

32、学不平衡而产生的G的变化。的变化。 若对单元系若对单元系 ，则平衡。，则平衡。 其中其中 是驱使第是驱使第i组分变化的化学势组分变化的化学势 ()j j in.()0T PdG=iu(), ,()jj iT p niGn(),()jjiiTp niGun=第一章 基本概念 同样可用自由能得出同样可用自由能得出 ，为，为 iu(),()jjiiT VniAun=第一章 基本概念第二节第二节 准静态准静态 可逆过程可逆过程 定义：认为系统内部在进行热力过程时处处处于平定义：认为系统内部在进行热力过程时处处处于平衡，但系统内外可有势差，称衡，但系统内外可有势差，称准静态准静态。 一切热力过程都是不可

33、逆的，都是存在势差和一切热力过程都是不可逆的，都是存在势差和耗散效应的。耗散效应的。 19311931年基南（年基南（J.H.KeenanJ.H.Keenan）提出可逆状态的定）提出可逆状态的定义：过程发生后，如果物系及与其有关的外界所有义：过程发生后，如果物系及与其有关的外界所有物质均能完全恢复到各自的原始状态，那么这一过物质均能完全恢复到各自的原始状态，那么这一过程就称之为程就称之为可逆过程可逆过程。 可逆与平衡的判别标准是一样的，均无势差，可逆与平衡的判别标准是一样的，均无势差，但可逆要求过程而平衡是静态的。但可逆要求过程而平衡是静态的。 第一章 基本概念第三节第三节 热力学第零定律热力

34、学第零定律 温度的标定温度的标定 热力学第零定律热力学第零定律 : :如果两个物体分别于第三个物体如果两个物体分别于第三个物体处于热平衡，那么这两个物体也处于热平衡。称第处于热平衡，那么这两个物体也处于热平衡。称第三个物体是反映物质冷热程度的物理量，既是温度。三个物体是反映物质冷热程度的物理量，既是温度。 定义：标定物体冷热程度大小的物理量成为定义：标定物体冷热程度大小的物理量成为温标温标。 19581958年以前用两点法来标定温度，即摄氏温标。年以前用两点法来标定温度，即摄氏温标。摄氏温标选汞作为测温物质，利用汞的体积随温度摄氏温标选汞作为测温物质，利用汞的体积随温度升高而增大得性质来测定温

35、度。升高而增大得性质来测定温度。第一章 基本概念 在一标准大气压下，纯水的凝固点定为在一标准大气压下，纯水的凝固点定为 0，沸，沸点定为点定为100 。在两固定点之间进行均匀分度，在两固定点之间进行均匀分度，来确定来确定0 0100 100 之间的其他温度，之间的其他温度，并外推到并外推到0 0100 100 以外的范围。以外的范围。 19581958年之后用一点法测温，年之后用一点法测温，规定水的三相态的温度为规定水的三相态的温度为273.16273.16度，度，其分度大小与摄氏度相同。其分度大小与摄氏度相同。温度 温度是物体冷热程度的标志 温度概念的建立以热力学第零定律为依据。 第零定律：

36、与处于热平衡；与处于热平衡，则与必然处于热平衡。 温度是决定系统间是否处于热平衡的物理量。 温度的意义 温度的热力学定义：决定一个系统是否与其它系统处于热平衡的宏观性质。处于热平衡的各系统温度相同。 温度的热力学定义提供了温度测量的依据，即被测物体与温度计处于热平衡时，就可以从温度计的读数确定被测物体的温度值。温度测量和温度计 温度计测温原理：当一个物体的温度改变时，物体的其它性质也将随之发生变化，可根据这些变化性质中的某些参数测量物体的温度，指明温度的数值。 温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 温度计温度计测温属性测温属性气体温度计气体温度计压力或体积压力或体积液体温度计液体温度计体积

37、体积电阻温度计电阻温度计电阻电阻热电偶热电偶热电动势热电动势磁温度计磁温度计磁化率磁化率光学温度计光学温度计辐射强度辐射强度温 标 为了给温度的测量赋予一定数值，必须科学地建立起一套规则，把不同的温度指定不同的数值,这就是所谓的温标。 华氏温标：(氯化铵)盐水混合物的冰点温度为0 ，人体温度为100 ； 摄氏温标：将1个标准大气压下水的冰点和蒸气点之间的温度等分为100，并以冰点作为0。 温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 经验温标的问题： 什么叫做均分？即假定了一种物质的某一性质与温度成线性关系。如果这样，其他物质的这一性质，或者同一物质的其他性质就不一定也和温度成线性关系。 使用不同

38、的物质作为测温的工质得到不同的结果；热力学温标：从热力学第二定律出发得到的绝对温标，与任何工质无关，是一种理论温标；温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 热力学温标与其它温标温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 热力学温标只热力学温标只需要定义一个需要定义一个温度的量值，温度的量值，其它温度值就其它温度值就全部确定了。全部确定了。1854年，开尔年，开尔文提议将水的文提议将水的三相点温度定三相点温度定义为义为273.16 K，1954年第十届年第十届国际计量大会国际计量大会正式采纳。正式采纳。KCF水三相点273.160.0132.02冰点273.150.0032.00水沸点373.1

39、24399.9743211.95绝对零度0-273.15-459.67o( C)273.15tT=-oo9( F)32( C)5tt=+ 利用某些气体在低压下,压力或容积随温度的变化是确定温标的最佳选择； 理想气体温标其定义与热力学温标一致，是其一级近似，不过是一种经验温标； 定容式温度计的测量原理：温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 trtrTppT = )(lim16.273)(0KpppTtrptr=理想气体温标应用温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 pvZRT=Tptr气体A气体B气体Ctr0tr273.16 lim(K)ppTp=trtr1273.16p vpvZRTZ R=trtr273.16ZpTpZ=温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 地点或状态地点或状态温度温度激光管内发射激光的气体激光管内发射激光的气体0