工程热力学第一讲

工程热力学第一讲第1页，课件共25页，创作于2023年2月热量热的本质是什么？当温度不同的两个物体相互接触时，高温物体会逐渐变冷，低温物体会逐渐变热。显然，有一部分能量由高温物体穿给了低温物体。这是在人民的日常生活中经常遇到的传热现象，所以人民往往会误认为热的物体拥有较多的热量，然而这种概念是不正确的。热量的定义是，由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转化的能量。它与作功一样，都是系统能量传递的一种形式，并可作为系统能量变化的量度。在热传递的过程中，实质上是能量转移的过程，而热量就是能量转换的一种量度。

随着人类技术文明的发展，人类对于热的认识有了新的进展。在19世纪40年代，J.P.焦耳同志清楚地表明，热是能量，并且指出热和功之间有一种精妙的换算关系。第2页，课件共25页，创作于2023年2月热量与热相关的概念热能：物体燃烧时释放的能量，也指物体内部分工作不规则运动时放出的能量。热传导：热介质的一部分传到另一部分。热辐射：固体液体和气体因温度而产生的以电磁波的形式辐射的能量。热机：把热能变为机械能的各种机器的统称。热力：产生于热能的作的功。第3页，课件共25页，创作于2023年2月热量热量与热能之间的关系就好比是做功与机械能之间的关系一样。热量指的是内能的变化、系统的做功。热量描述能量的流动，而内能描述能量本身。热量是量度系统内能变化的物理量。在热传递的过程中，实质上是能量转移的过程，而热量就是能量转换的一种量度。

第4页，课件共25页，创作于2023年2月热量

热传递的条件是系统间必须有温度差，参加热交换不同温度的物体（或系统）之间，热量总是由高温物体（或系统）向低温物体（或系统）传递的，直到两个物体的温度相同，达到热的平衡为止。第5页，课件共25页，创作于2023年2月热量热平衡的概念众所周知，两个冷热状态不同的物体相互作用，冷的物体要变热，热的物体要变冷。经过相当长的时间，在没有其他外来影响的情况下，两物体终将达到相同的冷热状态，称为两物体的热平衡状态。第6页，课件共25页，创作于2023年2月温度温度是把通过感觉而得到的冷热程度加以客观表示的量。从第零定律可以推证，互为热平衡的系统必然具有一个在数值上相等的热力学参数来描述热平衡的特性、这个参数就定义为温度。由此可知，温度是描述热力系统冷热状态的物理量。温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义，对于个别分子来说温度是没有意义的。第7页，课件共25页，创作于2023年2月温度温度的定义，宏观上来讲就是表示物体冷热程度的标志，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。分子运动愈快，物体愈热，即温度愈高;分子运动愈慢，物体愈冷，即温度愈低。第8页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第零定律如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡（温度相同），则它们彼此也必定处于热平衡。这称之为热力学第零定律。它的重要性在于给出了温度的定义和温度的测量方法，为建立温度概念提供实验基础。第9页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第一定律当能量被转移或转换时，以不同形式存在的最终的总能量肯定与初始的总能量相等，即能量守恒定律。能量既不能被创造也不能被消灭，但它可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转换的过程中，能量的总量保持不变。第10页，课件共25页，创作于2023年2月第11页，课件共25页，创作于2023年2月第12页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第一定律热力学的基本表达式为：进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能的增量

第13页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第一定律对于封闭系统，热力学第一定律表明向系统输入的热量Q,等于系统内能的增量ΔU和系统对外界作功W之和表达式为Q=dU+WQ=U+Wq=du+w

q=u+w此公式适用于任何条件，任何过程。第14页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第一定律对于开口系统:进入系统的能量第15页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第一定律进入系统的能量离开系统的能量控制容积的储存能量

根据热力学第一定律整理可得第16页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第一定律对于单股稳态稳流第17页，课件共25页，创作于2023年2月功向热转化的过程是不可逆的。一切自发过程都是单方向进行的不可逆过程。热量从高温自动传向低温物体的过程是不可逆的。自由膨胀的过程是不可逆的。一切与热现象有关的过程都是不可逆过程，一切实际过程都是不可逆过程。热力学第二定律第18页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第二定律第19页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第二定律开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功而不产生其它影响。克劳修斯说法：热量可以自发地从较热物体传递至较冷物体，但不能自发地较冷物体传递至较热物体。在自然条件下这个转变过程是不可逆的，要使热传递方向倒转，只有靠消耗功来实现。

第20页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第二定律第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用。在孤立系统内对可逆过程，系统的熵总保持不变；对不可逆过程，系统的熵总是增加的。这个规律叫做熵增加原理。熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演变，也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则，更无秩序的状态演变。第21页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第三定律表述为“在热力学温度零度（即T=0开）时，一切完美晶体的熵值等于零。”所谓“完美晶体”是指没有任何缺陷的规则晶体。此定律还可表达为“不可能利用有限的可逆操作使一物体冷却到热力学温度的零度。”此种表述可简称为“绝对零度不可能达到”原理热力学第三定律认为，当系统趋近于绝对温度零度时，系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。绝对零度不可达到这个结论称做热力学第三定律。第22页，课件共25页，创作于2023年2月热力学第三定律在统计物理学上，热力学第三定律反映了微观运动的量子化。在实际意义上，第三定律并不像第一、二定律那样明白地告诫人们放弃制造第一种永动机和第二种永动机的意图。而是鼓励人们想方设法尽可能接近绝对零度。目前使用绝热去磁的方法已达到5×10^-10K，但永远达不到0K。根据热力学第三定律，基态的状态数目只有一个。也就是说，第三定律决定了自然界中基态无简并。第23页，课件共25页，创作于2023年2月参考文献1邱信立,廉乐明等.工程热力学.北京.中国建筑工业出版社,19852饭沼一男