第一章 热力系统-第一部分

第一章

热力系统§1-1

热力系统的基本概念热力系统(热力系、系统)：人为地研究对象1、系统的定义systemAquantityofmatteroraregioninspacechosenforstudy§1-1

热力系统的基本概念外界：系统以外的所有物质2、系统、外界与边界边界(界面)：系统与外界的分界面系统与外界的作用都通过边界surroundingsboundary边界特性真实、虚构固定、活动fixed、movablereal

、imaginary热力系统分类以系统与外界关系划分：

有无是否传质开口系闭口系是否传热非绝热系绝热系是否传功非绝功系绝功系是否传热、功、质非孤立系孤立系吸压爆排内燃机工作原理图TypesofSystem开口系绝热系孤立系ClosedsystemControlmassIsolatedsystemOpensystemControlvolume闭口系Adiabaticsystem热力系统其它分类方式

其它分类方式物理化学性质

均匀系

非均匀系工质种类多元系单元系相态多相单相简单可压缩系统最重要的系统

简单可压缩系统只交换热量和一种准静态的容积变化功容积变化功压缩功膨胀功Simplecompressiblesystem3、状态和状态参数状态：工质在热力变化的某一瞬间所呈现的宏观物理状况状态参数：描述热力系状态的物理量状态参数的特征：1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关3、状态参数的微分特征：全微分状态参数的积分特征状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。数学上：点函数、态函数12ab例：温度变化山高度变化pointfunction状态参数的微分特征设z=z(x,y)dz是全微分充要条件：可判断是否是状态参数Totaldifferentials基本状态参数压力

p、温度T、比容v

（容易测量）1、压力

p(pressure)（绝对压力）

物理中压强，单位:Pa(Pascal),N/m2Basicstateproperties常用单位Units：

1kPa=103Pa1bar=105Pa

1MPa=106Pa

1atm=760mmHg=1.013105

Pa

1mmHg=133.3Pa1at=1kgf/cm2=9.80665104

Pa压力p测量绝对压力与环境压力的相对值

——相对压力注意：只有绝对压力p

才是状态参数绝对压力与相对压力当

p

>pb表压力

pe当

p

<pb真空度

pvpbpeppvprelativepressureabsolutepressureGagepressureVacuumpressure环境压力与大气压力指压力表所处环境注意：

环境压力一般为大气压，但不一定。环境压力Environmentalpressure大气压力Atmosphericpressurebarometrichbarometer大气压力Atmosphericpressure大气压随时间、地点变化物理大气压

1atm=760mmHg当h变化不大，ρ常数1mmHg=

ρgh

=133.322Pa当h变化大，ρρ(h)OtherPressureMeasurementDevices高精度测量：活塞压力计

pistonmanometer工业或一般科研测量：压力传感器

PressuretransducersPiezoelectriceffect基本状态参数压力

p、温度T、比容v

（容易测量）2、温度

T(Temperature)Basicstateproperties温度T的一般定义传统：物体冷热程度的度量。感觉，导热，热容量微观：大量基本微粒作无规则热运动的激烈程度

T

0.5

mw21)

同T

,0.5mw2不同，如碳固体和碳蒸气2)

0.5mw2总0,T

0,1951年核磁共振法对氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度3)

T=0

0.5mw

2=0

分子一切运动停止，零点能温度的热力学定义

处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量温度。

温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量Temperaturemeasurement温度计物质（水银，铂电阻）特性（体积膨胀，阻值）基准点刻度

Scale温标

TemperaturescaleReferencestate温标Temperaturescale热力学温标（绝对温标）Kelvinscale

（Britisher,L.Kelvin,1824-1907）

摄氏温标Celsiusscale(Swedish,A.Celsius,1701-1744）华氏温标Fahrenheitscale(German,G.Fahrenheit,1686-1736)朗肯温标Rankinescale(W.Rankine,1820-1872)常用温标之间的关系绝对K摄氏℃

华氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔点水三相点盐水熔点发烧水沸点559.67温标的换算TemperatureMeasurementDevices日常：水银温度计，酒精温度计，

thermometer工业：热电偶Thermocouple

热电阻Resistancetemperaturedetector

辐射温度计Radiationthermometer计量：铂电阻温度计Platinum基本状态参数压力

p、温度T、比容v

（容易测量）3、比容

v(specificvolume)Basicstateproperties[m3/kg]工质聚集的疏密程度物理上常用密度density

[kg/m3]平衡状态Equilibriumstate定义：

在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。Asysteminequilibriumexperiencesnochangeswhenitisisolatedfromitsurroundings.4、热力学平衡状态热力平衡：热的平衡、力的平衡1、热平衡Thermalequilibrium:——温度处处均匀一致Q热的不平衡

热平衡

系统各部分间没有热量传递ManytypesofEquilibrium2、力平衡Mechanicalequilibrium:

——压力、密度、比容等处处均匀一致P力的不平衡

力平衡

系统各部分间没有相对位移1、不平衡状态，在无外界影响的条件下会自发的趋于平衡。2、平衡状态，不会自发的破坏。3、热得交换或功的交换，都将破坏平衡状态P（热力）平衡状态工程热力学主要研究平衡状态，不平衡状态不去研究因为不平衡状态无法用状态参数来表示，故无法研究。§1-2状态方程、坐标图平衡状态可用一组状态参数描述其状态状态公理：对组元一定的闭口系，独立状态参数个数

N=n+1想确切描述某个热力系，是否需要所有状态参数？状态公理Statepostulate闭口系：而不平衡势差彼此独立独立参数数目N=不平衡势差数

=能量转换方式的数目

=各种功的方式+热量=n+1n

容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等不平衡势差状态变化能量传递消除一种

达到某一

消除一种能量不平衡势差方面平衡传递方式简单可压缩系统的独立变量数简单可压缩系统：N=n+1=绝热简单可压缩系统

N=?2只交换热量和一种准静态的容积变化功

Thestateofasimplecompressiblesystemiscompletelyspecifiedbytwoindependentproperties状态方程Equationofstate状态方程

基本状态参数（p,v,