沈阳航空航天大学工程热力学课件第4章

沈阳航空航天大学工程热力学课件第4章目录4.1热力学基本概念4.2热力学第一定律4.3理想气体的热力过程4.4热力学第二定律4.5熵与熵增原理014.1热力学基本概念Part热力系统的分类根据不同的分类标准，热力系统可以分为多种类型，如闭口系统和开口系统、孤立系统、绝热系统和等温系统等。热力系统的状态热力系统的状态是指系统内部物理量（如温度、压力、比容等）的总体表现，可以通过状态参数来描述。热力系统定义热力系统是热力学研究的对象，是指被一定边界所包围的，具有确定的初始状态和边界条件的物质和能量的总体。热力系统状态和状态参数状态定义状态是指热力系统在某一时刻所呈现出的物理量（如温度、压力、比容等）的总体表现。状态参数描述热力系统状态的物理量称为状态参数，如温度、压力、比容、焓等。状态方程描述热力系统状态之间关系的数学方程称为状态方程，如理想气体状态方程等。平衡态定义平衡态是指热力系统内部各部分之间不存在宏观的净热量传递和净功传递的状态。平衡态的特性平衡态具有稳定性、均匀性和可逆性等特性，即当系统受到微小扰动时，平衡态会恢复到原来的状态。平衡态的分类根据不同的分类标准，平衡态可以分为多种类型，如稳定平衡态和不稳定平衡态、绝对平衡态和相对平衡态等。热力平衡态024.2热力学第一定律PartSTEP01STEP02STEP03热力学能定义热力学能是系统状态的单值函数，只与系统的状态有关，与系统经历的过程无关。特性影响因素温度、体积和物质的量等状态参量影响热力学能。热力学能，也称为内能，是指一个系统内部所有微观粒子所具有的动能和势能的总和。热力学第一定律表明，在一个封闭系统中，能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。热力学第一定律反映了能量转换与传递的规律，即系统吸收或释放的热量可以转化为系统其他形式的能量。热力学第一定律的实质转换与传递能量守恒表达式$DeltaU=Q+W$解释$DeltaU$表示系统热力学能的增量，$Q$表示系统吸收或释放的热量，$W$表示系统对外界所做的功。热力学第一定律的数学表达式034.3理想气体的热力过程Part理想气体是一种理想化的气体模型，假设气体分子之间没有相互作用力，分子自身不占有空间，且气体分子的大小和气体分子之间的距离相比可以忽略不计。理想气体状态方程描述理想气体状态变量之间关系的方程，通常形式为PV=nRT，其中P表示压力，V表示体积，n表示摩尔数，R表示气体常数，T表示温度。理想气体的概念理想气体的状态方程基于气体分子假设和理想气体状态变量的定义，通过数学推导得到理想气体状态方程。理想气体状态方程的推导用于描述理想气体的压力、体积、温度等状态变量之间的关系，是工程热力学中重要的基本方程之一。理想气体状态方程的应用理想气体的热力过程等温过程气体在恒定温度下进行的热力过程，过程中气体的温度保持不变。等熵过程气体在可逆绝热过程中熵值保持不变的过程，是工程中常用的一种理想化过程。等容过程气体在保持体积不变的情况下进行的热力过程，过程中气体的体积保持不变。等压过程气体在恒定压力下进行的热力过程，过程中气体的压力保持不变。044.4热力学第二定律Part可逆过程与不可逆过程在理想情况下，没有能量损失并且可以逆转的过程。例如，理想气体等温膨胀或压缩。可逆过程在实际情况下，由于能量损失而不能逆转的过程。例如，热量传递给温度更高的物体后，无法完全回收。不可逆过程热力学第二定律的表述热力学第二定律指出，自发过程中，热量总是从高温物体传递到低温物体，而不是自发地从低温物体传递到高温物体。这意味着，在没有外部能量输入的情况下，封闭系统的总熵（代表无序程度）只可能增加，不可能减少。由两个等温过程和两个绝热过程组成的理想化热机循环。卡诺循环任何工作在给定高温和低温之间的真实热机的效率都不可能超过相同温度下的卡诺热机的效率。卡诺定理卡诺循环与卡诺定理054.5熵与熵增原理Part熵熵是热力学中的一个状态参数，用于描述系统混乱度或无序度的量。熵的物理意义熵表示系统内分子运动的无规则程度，其值越大，表示系统内分子运动越无规则。熵的数学定义熵S与系统的微观状态数目N有关，其数学表达式为S=k*lnN，其中k为玻尔兹曼常数。熵的定义03熵增原理的适用范围熵增原理适用于孤立系统，即系统与外界没有能量和物质交换。01熵增原理在封闭系统中，如果没有外力作用，系统的熵总是不断增加的，即系统总是自发地向着更加混乱无序的方向发展。02熵增原理的物理意义熵增原理表明，孤立系统总是向着分子运动更加无规则、混乱度更高的方向发展。熵增原理熵在热力学第二定律中的地位熵是热力学第二定律的核心概念，它描述了系统内部能量转化的方向和限度。熵在热力学第二定律中的作用熵可以用