《工程热力学》课件-3 热力过程、功与热量

热力过程、功与热量010203了解热力过程的定义理解准静态过程与可逆过程掌握功、热量与熵的定义课程要求平衡状态热能

机械能任何热力系，如果它原来已经处于平衡状态，而又没有外界的作用，那么它将一直保持这种平衡状态。处于平衡状态的热力系，若与外界发生功或热的相互作用，则平衡将遭到破坏，状态将发生变化。12热力过程热能

机械能定义：热力系统从某一初始状态，经历一系列中间状态变化到某一最终状态12不平衡状态不能用确定的状态参数和状态方程表示和分析，所以提出理想的热力过程:准平衡过程，可逆过程。若热力过程中系统所经历的每一个状态都是是平衡状态或无限接近于平衡状态，由这样一系列可以看作平衡状态（准确地说是无限接近平衡的状态）所组成的热力过程称为准平衡过程，也称为准静态过程。准平衡过程121pv2若热力过程中系统所经历的每一个状态都是是平衡状态或无限接近于平衡状态，由这样一系列可以看作平衡状态（准确地说是无限接近平衡的状态）所组成的热力过程称为准平衡过程，也称为准静态过程。准平衡过程1pv212准平衡过程草长高羊长大功练成实际的过程可以近似地当作准平衡过程，准平衡过程在坐标图上可表示为连续曲线。准平衡过程思考如何判断一个过程是否是准平衡过程？破坏平衡的速度远小于恢复平衡的速度。热力系内部要保持力的平衡和热的平衡。可逆过程系统经历一个过程后，如令过程逆行而能使系统与外界同时恢复到初始状态而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。气缸活塞飞轮热源21pv摩擦损失的影响若无摩擦、传热系统对外作功W，外界得到的功W’=W若外界将得到的功W’再返还给系统则外界、活塞、系统同时恢复原态。气缸活塞飞轮热源21pv摩擦损失的影响若有摩擦、传热存在，就存在损失系统对外作功W，外界得到的功W’<W若外界将得到的功W’再返还给系统，系统得到的功W"<W'气缸活塞飞轮热源21pv可逆过程的实现压力差温度差化学势差相势差思考如何判断一个过程是否可逆过程？（1）在过程进行时，热力系和外界恒处于平衡状态，即随时保持力的平衡、热的平衡和化学平衡与电磁平衡；（2）在过程变化期间，无任何能量的不可逆耗散存在。可逆过程和准平衡过程的关系？可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。典型的不可逆过程不等温传热自由（无阻）膨胀典型的不可逆过程节流过程混合过程课堂练习【单选题】不考虑化学反应与电磁效应的热力系统,过程的不可逆因素就是（

）。A

耗散效应B

有限温差下的热传递C

自由膨胀D

以上都是D功与热量对于简单可压缩系统，热力系与外界进行能量交换有两种方式:作功——与物体的宏观位移有关(传递机械能的多少用功来度量)传热——不需要物体的宏观移动（传递热能的多少用热量来度量)功与热量1）功的热力学定义dx当热力系通过边界与外界发生能量传递时，对外界的唯一效果可归结为举起重物，则热力系对外界做了功只要存在不平衡势差的推动作用，系统和外界就会发生能量的交换-作功或传热。功的物理学定义:功是力和力方向上位移的乘积。功的热力学定义:由于系统体积变化（膨胀或压缩）与外界间发生作用而传递的功称为体积变化功。(分膨胀功和压缩功)dx功与热量2）功的单位1.国际单位：焦耳(J)1J=1N·m比功与功率比功:1kg物质（气体）所作的功w=W/m，单位:J/kg功率:1s时间内完成的功，单位:W(瓦)1W=1J/s

2.电力工程中常用kWh作为功的单位;1kWh=3600kJ一度电功与热量3）体积功在p－v图上的表示（可逆过程）

可逆过程的体积变化功w的大小可以在p-v图上用过程曲线下面的面积表示。dv是判断热力系统对外界做功的标志。功与热量3）体积功在p－v图上的表示（可逆过程）12pv①在p－v图上，过程曲线和横坐标包围的面积表示体积功的大小；②dv是做功的标志：

dv>0，

w>0，体积功为“＋”，系统向外界作功，称为膨胀功

dv<0，

w<0，体积功为“-”，外界向系统作功，称为压缩功例题分析【例1-3】2kg温度为100℃的水，在压力为0.1MPa下完全汽化为水蒸气。若水和水蒸气的比体积分别为0.001m3/kg和1.673m3/kg，汽化过程为可逆过程，求此2kg水因汽化膨胀对外所做的功。

12pv=0.1X106X(1.673-0.001)X10-3=167.2(kJ/kg)

解：取2kg水及水蒸气为热力系统，过程可逆且压力不变课堂练习【单选题】在P-V图上,某比容减少的理想气体可逆过程线下的面积表示该过程中系统（

）。A

所作的膨胀功的大小B

消耗外界功的大小C

所作技术功的大小D

消耗的热量B例题1-512pv12功与热量2热量与T－s图1）热量的热力学定义工程热力学中把依靠温差而通过边界传递的能量称为热量。热量和热能不同，热量不是状态参数，它不仅与过程初、终态有关，而且与过程如何进行密切相关;热能则是物质热运动形态的反映，仅取决于状态，是状态参数。可见:热量是过程量;热量是传递的能量功与热量2热量与T－s图1）热量的符号和单位热量:用Q表示，国际单位制中，热量的单位是焦(耳)，用J表示。工程上常用千焦(kJ)表示，1kJ=1000J比热量:1kg气体与外界交换的热量，用q表示，单位为J/kg。热量正负:工程热力学中规定，工质从外界吸热，热量为正;工质向外界放热，热量为负。功与热量2热量与T－s图1）热量的热力学定义注意热量是存在温差条件下能量传递的一种形式。热量的数值不仅取决于过程的初终态，而且还和过程经过的路径有关。功与热量2热量与T－s图1）热量的热力学定义当热力系与外界之间或热力系统内各部分之间由于温差而交换的能量形式。只要有温差存在，必然会伴随有热量的传递过程，它是与功不同的另一种能量传递方式。功与热量2热量与T－s图2）熵－s熵的定义：1kg工质在温度T下进行了一个可逆的微元传热过程，在此过程中工质与外界交换了

q的热量，则

q/T为某一状态参数的微元变化量，此状态参数为熵，J/(kg·K)熵的意义：在可逆过程中标志热量传递的方向，在不可逆过程中熵的变化往往与过程的不可逆程度有关功与热量2热量与T－s图3）热量在T－s图上的表示（可逆过程）①在T－s图上，过程曲线和横坐标包围的面积表示热量的大小；②ds是传热的标志：

ds>0，

q>0，热量为“＋”，系统从外界吸热

ds<0，

q<0，热量为“-”，系统向外界放热12Ts课堂练习【单选题】热力学一般规定,系统从外界吸热为（）,外界对系统做功为（）。A正/负B负/负C正/正D负/正A功与热量2热量与T－s图功与热量3示功图（p-v）与示热图（T-s）课堂练习【单选题】在T-s图上,某熵增加的理想气体可逆过程线下的面积表示该过程中系统所（

）。A

吸收的热量B

对外作的功量C

放出的热量D

消耗的外界功量A12Ts课堂练习例题:如图所示工质经历了AB、BC、CD、DA四个可逆过程，试根据T-S图的意义求出每个过程的传热量及整个过程的总热量。解：qAB=面积ABCS2S1DA=T1