第一章 基本概念

11-1熱能在熱機中轉(zhuǎn)變成機械能的過程1-2熱力系統(tǒng)1-3工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程1-6過程功和熱量1-7熱力循環(huán)第一章基本概念2教學目標:

熟練掌握熱力學研究的基本概念。知識點：熱力系統(tǒng)；工質(zhì)熱力狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)；平衡狀態(tài)；準靜態(tài)過程、可逆過程；熱力循環(huán)。重點：4種典型的熱力系統(tǒng)；p、v、T三個狀態(tài)參數(shù)的物理意義；測溫測壓裝置；絕對壓力和相對壓力的計算；可逆過程的判定準則；過程功、過程熱。難點：理解并掌握抽象的熱力學基本概念。31-1熱能在熱機中轉(zhuǎn)變成機械能的過程

熱能動力裝置：從燃料燃燒中得到熱能，以及利用熱能得到動力的整套設(shè)備（包括輔助設(shè)備），分為兩類裝置:

蒸汽動力裝置:利用水蒸氣作熱功轉(zhuǎn)換的工質(zhì)。多用于熱電廠,要有單獨的大鍋爐。

燃氣動力裝置:利用燃氣作為能量轉(zhuǎn)換的工質(zhì)。用途廣泛：汽車、機車、摩托車、輪船、飛機、小型發(fā)電廠等。結(jié)構(gòu)緊湊、無需鍋爐。 工作過程可概括成右圖。高溫熱源熱能

動力

裝置低溫熱源吸熱做功放熱工作過程4蒸汽動力裝置制冷裝置內(nèi)燃機裝置燃氣輪機裝置共同特點：吸熱、膨脹做工、排熱工質(zhì)：熱能和機械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)膨脹性、流動性、熱容量、穩(wěn)定安全、環(huán)境友好、價廉易得。物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜熱源：與工質(zhì)進行熱交換的物質(zhì)系統(tǒng)可細分為熱源和冷源56熱力系統(tǒng)：人為地分割出來作為熱力學分析對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。外界：與系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)能交換的物體。邊界(界面)：熱力系與外界的分界面。界面可以是真實，也可以是虛擬的；可以是固定，也可以是變化（運動）的。cylinderpistonsystemBoundary/envelope活塞工質(zhì)和活塞之間存在實際、運動的邊界。1-2熱力系統(tǒng)7systemImaginaryboundarysystemsystem出流系統(tǒng)的虛擬邊界邊界可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定。8FixedmasssystemFixedvolumesystem閉口系統(tǒng):與外界無物質(zhì)交換，又稱控制質(zhì)量。開口系統(tǒng):與外界有物質(zhì)交換，又稱控制體積。區(qū)分兩者的關(guān)鍵：有無質(zhì)量越過邊界9孤立系統(tǒng):與外界無能量交換又無物質(zhì)交換?？梢岳斫獬砷]口+絕熱，但是實際上孤立系統(tǒng)是不存在的。絕熱系統(tǒng):與外界無熱量交換。熱力系統(tǒng)分類以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：

有無是否傳質(zhì)開口系閉口系是否傳熱非絕熱系絕熱系是否傳功非絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)非孤立系孤立系1234mQW1

開口系非孤立系＋相關(guān)外界＝孤立系1+2

閉口系1+2+3

絕熱閉口系1+2+3+4孤立系熱力系統(tǒng)其它分類方式

其它分類方式物理化學性質(zhì)

均勻系非均勻系工質(zhì)種類多元系單元系相態(tài)多相單相13鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器只交換功只交換熱按具體需要劃分不同的系統(tǒng)整個蒸汽動力裝置：外界加入燃料、輸出功、被冷卻水帶走熱量。汽輪機-發(fā)電機：工質(zhì)做功凝汽器：冷卻水帶走乏汽的熱量14鍋爐的簡化熱力學分析模型(主要考慮蒸汽的發(fā)生)熱力系熱量（熱源）(高溫蒸汽)物質(zhì)(鍋爐給水)物質(zhì)15開口熱力系汽輪機去凝汽器調(diào)速器來自鍋爐噴管葉片汽輪機發(fā)電機開口熱力系汽輪機示意圖16軸功（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機的簡化熱力學分析模型熱力系（水蒸汽）物質(zhì)17來自汽輪機的水蒸汽去水泵的凝結(jié)水冷卻水冷卻水開口熱力系（冷凝器）18(凝結(jié)水）

物質(zhì)蒸汽放熱給冷卻水熱力系（水蒸汽）物質(zhì)冷凝器的簡化熱力學分析模型

(主要考慮蒸汽的凝結(jié))19開口熱力系（水泵示意圖）電動機鍋爐給水來自冷凝器的水水泵開口熱力系（水泵示意圖）20（鍋爐給水）物質(zhì)水泵的簡化熱力學分析模型熱力系（凝結(jié)水）物質(zhì)功211-3工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：把系統(tǒng)中某一瞬間表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì)的宏觀狀況，稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)，簡稱狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)狀態(tài)特性的一些宏觀物理量。具有以下特征：物理上—與過程無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)數(shù)學上—其微量是全微分。12ab狀態(tài)參數(shù)的微分特征設(shè)z=z(x,y)dz是全微分充要條件：可判斷是否是狀態(tài)參數(shù)23

常用的狀態(tài)參數(shù)：壓力P、溫度T、體積V、熱力學能U、焓H和熵S;

其中壓力、溫度和體積可直接用儀器測量，稱為基本狀態(tài)參數(shù)； 其余狀態(tài)參數(shù)可根據(jù)基本狀態(tài)參數(shù)間接算得，稱為導出狀態(tài)參數(shù)。*強度量：與系統(tǒng)質(zhì)量無關(guān)，如P、T。強度量不具有可加性。*廣延量：與系統(tǒng)質(zhì)量成正比，如V、U、H、S。廣延量具有可加性。廣延量的比參數(shù)（單位質(zhì)量工質(zhì)的體積、熱力學能等）具有強度量的性質(zhì)，不具有可加性。24一、溫度處于同一熱平衡狀態(tài)的各個熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量溫度。熱平衡定律（熱力學第零定律*）:分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡（相互之間沒有熱量傳遞）的兩個系統(tǒng)，它們彼此也必定處于熱平衡。*這是由實驗、經(jīng)驗中得到的，不可以由其它定律推出。宏觀上溫度是物體冷熱程度的標志微觀上溫度是物質(zhì)分子熱運動劇烈程度的標志物體接觸時，通過分子碰撞進行動能交換。B＝3/2*k，k為玻爾茲曼常數(shù)25溫度計和溫標溫度的數(shù)值表示法--溫標的三要素：

（1）測溫物質(zhì)及其測溫屬性

（2）基準點

（3）分度方法一般國際上常用到的溫度計量標準有四種：攝氏(Celsius)溫標；華氏(Faharenheit)溫標；開爾文（Kelvin）溫標（熱力學溫標）；朗肯(Rankine)溫標（英制的熱力學溫標）測量溫度的儀器稱做溫度計，選作溫度計的感應元件的物體應具備特定的物理性質(zhì)：隨物體的冷熱程度不同有顯著的變化。經(jīng)驗溫標，依賴于測溫物質(zhì)的物理性質(zhì)在熱力學第二定律的基礎(chǔ)上，從理論上引入的與測溫物質(zhì)性質(zhì)無關(guān)的溫標。標準溫標！絕對溫標！26Celsius:℃TriplepointofwaterBoilingpointofwaterAbsolutezero-273.15℃0℃100℃Kelvin:K0K273.15K373.15KFahrenheit:°F32°F212°F100parts100parts180parts三個常用溫標27轉(zhuǎn)化關(guān)系攝氏溫標和開爾文溫標間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：（1-1）（1-2）（1-3）華氏溫標與攝氏溫標的轉(zhuǎn)化關(guān)系：*朗肯溫標是英制的熱力學溫標，它和開爾文溫標之間有如下關(guān)系：28二、壓力在流體中單位面積所受到的垂直作用力稱為壓力（即壓強)。在熱力學中如果不特殊說明“壓力”就是“壓強”。P分子運動學說認為壓力是大量氣體分子撞擊器壁的平均結(jié)果。氣體壓力取決于兩個因素：（1）.氣體的密度；（2）.基本微粒運動劇烈程度。29壓力計:測量工質(zhì)壓力的儀器。常見壓力計有壓力表和U型管。絕對壓力：容器中氣體作用在器壁上的壓力為氣體真實壓力。相對壓力或表壓力：以大氣壓為基準由壓力計所測得的壓力；分成表壓力pe或真空度pv。大氣壓力pb:地面上空氣柱的重量所造成的壓力，受到當?shù)氐木暥?、高度和氣候條件的影響。30U型管和壓力表測量表壓力pe真空度pv絕對壓力當時當?shù)卮髿鈮海ū韷簽?）測定壓力大氣壓力絕對壓力測定壓力作為工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的壓力為絕對壓力31國際標準單位：帕斯卡(簡稱帕)工程單位：標準大氣壓（atm,也稱物理大氣壓）、巴（bar）、工程大氣壓（at）、毫米汞柱（mmHg)、毫米水柱（mmH2O)工程單位與標準單位之間的轉(zhuǎn)換例1-132三、比體積及密度比體積（又稱比容，v）：單位質(zhì)量物質(zhì)所占的體積

顯然二者互為倒數(shù)。密度（ρ）：單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。［m3/kg]［kg/m3]331-4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖一、平衡狀態(tài)系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，如果宏觀熱力性質(zhì)不隨時間而變化，這時系統(tǒng)的狀態(tài)稱為熱力平衡狀態(tài)，簡稱平衡狀態(tài)。?熱平衡（thermalequilibrium）：在無外界作用的條件下，系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與外界處處溫度相等。?力平衡（mechanicalequilibrium）：在無外界作用的條件下，系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與外界處處壓力相等。?熱力平衡的充要條件

—系統(tǒng)同時達到熱平衡和力平衡。平衡狀態(tài)的本質(zhì)

溫差

—

熱不平衡勢

壓差

—

力不平衡勢

相變

—相不平衡勢

化學反應

—

化學不平衡勢平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢35平衡不一定均勻*平衡與穩(wěn)定：如果系統(tǒng)是在外界作用下保持狀態(tài)不變，則不屬于平衡狀態(tài)，如穩(wěn)態(tài)導熱。穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定。*平衡與均勻：側(cè)重點不一樣，平衡強調(diào)時間上穩(wěn)定不變，均勻強調(diào)空間各點的參數(shù)值相同。平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的。穩(wěn)定不一定平衡36注意：一般把處于平衡狀態(tài)的單相物系當作是均勻的，即此時系統(tǒng)同時處于平衡狀態(tài)和均勻狀態(tài)。自然界的物質(zhì)實際上都處于非平衡狀態(tài)，平衡只是一種極限的理想狀態(tài)。工程熱力學通常只研究平衡狀態(tài)。簡單可壓縮熱力系統(tǒng)是本課程主要研究的熱力系統(tǒng)。對于這類系統(tǒng)而言，兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)可確定一個狀態(tài)，其他狀態(tài)參數(shù)都只是這兩個獨立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)，見狀態(tài)公理。簡單可壓縮熱力系統(tǒng)的兩個狀態(tài)之間，如果有兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)對應相等，則可斷定這兩個狀態(tài)相同。37平衡狀態(tài)可用一組狀態(tài)參數(shù)描述其狀態(tài)狀態(tài)公理：對組元一定的閉口系，獨立狀態(tài)參數(shù)個數(shù)N=n+1想確切描述某個熱力系，是否需要所有狀態(tài)參數(shù)？38*狀態(tài)公理閉口系：不平衡勢差狀態(tài)變化能量傳遞消除一種不平衡勢差

達到某一方面平衡

消除一種能量傳遞方式而不平衡勢差彼此獨立獨立參數(shù)數(shù)目N=不平衡勢差數(shù)

=能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目

=各種功的方式+熱量=n+1n

容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等返回為什么引入平衡概念？

如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述但平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒有能量交換能量交換狀態(tài)變化破壞平衡如何描述40（1-6）（1-7）狀態(tài)方程

基本狀態(tài)參數(shù)（p,v,T)之間服從一定的關(guān)系式對簡單可壓縮系統(tǒng)，熱功轉(zhuǎn)換中只存在容積變化功。某一個狀態(tài)參數(shù)可以由另外兩個參數(shù)確定，例如:隱函數(shù)形式為：如理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT二、狀態(tài)方程式41三、狀態(tài)參數(shù)坐標圖熱力系每一平衡狀態(tài)總可在由任意兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)所組成的平面坐標圖上的一點來表示，由熱力狀態(tài)參數(shù)所組成的坐標圖就稱為狀態(tài)參數(shù)坐標圖。1v1Opvp12p2v2壓容圖sOTs22T21T1s1溫熵圖系統(tǒng)任何平衡態(tài)可表示在坐標圖上（坐標圖上每一點代表一個平衡狀態(tài)）；不平衡態(tài)無法在圖上表示。坐標圖上每一線代表一個準平衡過程。坐標圖上每一條線下面形成的面積都有確定的物理意義。421-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程

系統(tǒng)要發(fā)生狀態(tài)變化，必須破壞原來的平衡，經(jīng)足夠時間（稱為弛豫時間）后才能達到另一個平衡。所以實際過程都是不平衡的，但這種不平衡過程在熱力學中無法描述，因此為了便于分析研究，定義一種理想過程。平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)無法簡單描述熱力學引入準靜態(tài)（準平衡）過程一、準平衡過程（準靜態(tài)過程）如何研究熱功轉(zhuǎn)換一般過程p1

=p0+重物p，Tp0T1=T0突然去掉重物最終p2

=p0T2

=T0pv12..44pv12...準平衡膨脹過程準平衡非準平衡膨脹過程p-v圖實現(xiàn)準平衡過程的要點：弛豫時間（系統(tǒng)從平衡破壞到恢復的時間）相對很短；平衡的破壞程度要相對很小；工質(zhì)與外界的壓差和溫差均無限?。ā鱬→0；△T→0）。45如何理解準平衡狀態(tài)的實際意義：既是平衡，又是變化；既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進行熱功轉(zhuǎn)換只有準平衡過程才能在坐標圖中用連續(xù)的曲線表示，也只有準平衡過程才能用熱力學的方法分析，雖然實際過程都不是準平衡過程，卻當作準平衡態(tài)處理。

*實際上，氣體分子運動速度和壓力的傳播速度都很快，可以為幾百米/秒，而活塞速度10米/秒，所以氣體的不均勻性可迅速消除，氣體的變化過程比較接近準平衡過程。0℃時，下列分子的均方根速度分別為：

?H2：1838m/s；?N2：493m/s；?O2：461m/s。46準平衡過程的工程應用例：活塞式內(nèi)燃機2000轉(zhuǎn)/分曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運動速度=200020.15/60=10m/s壓力波恢復平衡速度（聲速）350m/s破壞平衡所需時間（外部作用時間）>>恢復平衡所需時間（馳豫時間）一般的工程過程都可認為是準平衡過程具體工程問題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛?7氣缸活塞飛輪熱源工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)過程假設(shè)：1、無摩擦；2、熱源與工質(zhì)溫差無限??；3、工質(zhì)與外界壓差無限小。二、可逆過程與不可逆過程工質(zhì)準平衡吸熱膨脹48氣缸飛輪熱源左止點1pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)49氣缸活塞飛輪熱源左止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)50飛輪熱源左止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸51飛輪熱源左止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸52飛輪熱源左止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸53飛輪熱源左止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸54飛輪熱源左止點1pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸55飛輪熱源左止點1pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸56飛輪熱源左止點1pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸57飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸58飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸59飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸60飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸61飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸62飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸63飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸64飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸65飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸66飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸67飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸681—2過程：熱源放熱，工質(zhì)吸熱膨脹，對外作功，推動飛輪旋轉(zhuǎn)12pv2—1過程：飛輪對活塞作功，工質(zhì)被壓縮并對熱源放熱經(jīng)歷了1—2—1過程后，工質(zhì)回復到原來狀態(tài)，熱源回復到原來狀態(tài)，機器回復到原來狀態(tài)。

69可逆過程：系統(tǒng)可能沿相同路徑回復原狀，相互作用所涉及到的外界也回復原狀，不留下任何改變。不可逆過程：不滿足以上要點的任何一項過程。準平衡過程+無耗散效應

=可逆過程通過摩擦使功變熱的效應(摩阻，電阻，非彈性變形，磁阻等）無不平衡勢差可逆的充分必要條件：⑴準平衡過程⑵無摩擦⑶過程無限緩慢，無任何損耗70引入可逆過程的意義實際工程追求的目標：可逆過程無任何能量耗散作用，效益最好。實際過程越接近可逆過程，能量“質(zhì)損”和“量損”越少。由簡到繁研究過程：可逆過程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達，可不考慮系統(tǒng)與外界的復雜關(guān)系，易分析；實際過程不是可逆過程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正。把一些不可逆程度較小的實際過程視為可逆過程，工程誤差不大。實際發(fā)生的都是不可逆的情況：存在耗散效應的過程：摩擦、粘性、磁滯、電阻等。溫差傳熱過程：熱量自發(fā)由高溫傳向低溫，若從低溫返回高溫，外界必須付出代價。711-6過程功和熱量一、功的熱力學定義力學定義：功為力和力沿作用方向的位移的乘積。熱力學定義（兩種說法）：當熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時，如果對外界的唯一效果可歸結(jié)為取起重物，此即為熱力系對外作功。功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動下，通過有序運動方式傳遞的能量。系統(tǒng)對外作功為正，外界對系統(tǒng)作功為負。72Vp12dvdx二、可逆過程的功當體系在抵抗外壓條件下發(fā)生體積變化，則體系將對環(huán)境或環(huán)境將對體系作功。這種由于體積變化而產(chǎn)生的機械功稱為“膨脹功”。式中

Adx為活塞移動dx時所掃過的容積，記為dV?！嘣谡麄€過程1-2中工質(zhì)所做的功為：因為dV=mdv，工質(zhì)在膨脹過程中質(zhì)量不變，則每公斤工質(zhì)所作的功即：顯然，當體系壓力p大于外壓pe

，則體系可以發(fā)生一膨脹過程，過程中體系對環(huán)境做功；反之，若體系壓力p小于外壓pe

，則可發(fā)生一壓縮過程，過程中環(huán)境對體系做功。如體系壓力p與外壓pe相等，則處于機械平衡狀態(tài)。恒外壓過程：W=-P外（V2-V1）等溫過程①向真空膨脹：W=0（如右圖所示）73②一次恒外壓膨脹：（如右下圖所示）W=-P2(V2-V1)③三次恒外壓膨脹（如圖6所示)74④可逆過程和最大功(如圖7所示)在整個膨脹過程中不斷改變外壓，始終保持外壓Pe

比氣體的壓力P小一無限小的量dp，體積相應膨脹dV，即維持，如此緩慢多次進行，直到環(huán)境對氣體的壓力為P終，系統(tǒng)到達終態(tài)。在這個膨脹過程進行的每一步，系統(tǒng)都非常接近于平衡態(tài)，整個過程可以看作是由一系列極接近平衡的狀態(tài)所構(gòu)成，這種過程稱為準靜態(tài)過程。系統(tǒng)作功為：略去二級無窮小量，并代入理想氣體狀態(tài)方程，則由以上三個過程所作的功可以看出，從同樣的始態(tài)到同樣的終態(tài)，環(huán)境所得到的功的數(shù)值并不一樣，所以功不是狀態(tài)函數(shù)，而與過程有關(guān)，且等溫準靜態(tài)過程中系統(tǒng)對環(huán)境作的功最大。同理，如果要使氣體由終態(tài)2等溫地回至始態(tài)1，經(jīng)過上述相反的三個途徑，所需最少的壓縮功應為：75可見，壓縮過程中，準靜態(tài)過程環(huán)境對體系做最小功。圖8一次等外壓壓縮圖9三次等外壓壓縮圖10可逆壓縮另外，一次或三次壓縮時環(huán)境對體系作的功比一次或三次膨脹時系統(tǒng)對環(huán)境作的功大，多做的功變成熱傳給了環(huán)境。而準靜態(tài)過程，膨脹與壓縮功數(shù)值相等符號相反。由此可知，準靜態(tài)的過程發(fā)生后，可以使系統(tǒng)沿原途徑逆向進行，恢復原狀態(tài)而不給環(huán)境留下任何痕跡。這種能通過原來過程的反方向變化而使系統(tǒng)和環(huán)境都同時復原、不留下任何軌跡的過程稱為可逆過程。反之，稱為不可逆過程。一次膨脹和二次膨脹過程均屬不可逆過程

環(huán)境壓縮氣體恢復原狀態(tài)時環(huán)境所消耗的功大于原來在膨脹過程中所得到的功，因此，即使系統(tǒng)恢復原狀，環(huán)境卻不能復原，它失去了一部分功卻得到了一部分熱。準靜態(tài)過程在沒有任何能量耗散情況下就是一種可逆過程。76綜合以上分析，可見可逆過程具有如下幾個特點：可逆過程是在作用力與阻力相差無限小的條件下進行的。過程的速率無限緩慢。每一瞬間，系統(tǒng)都無限接近于平衡狀態(tài)。過程中沒有摩擦發(fā)生。可逆過程發(fā)生后，可以使系統(tǒng)沿原途徑逆向進行恢復原狀，而不給環(huán)境留下任何痕跡。在可逆膨脹過程中，系統(tǒng)對環(huán)境做功最大，而在可逆壓縮過程中，環(huán)境對系統(tǒng)作最小功。7778（1-13）功的數(shù)值不僅決定于初終態(tài)，而且與過程間的途徑有關(guān)→功不是狀態(tài)參數(shù)是過程函數(shù)。功是系統(tǒng)傳遞的能量，這個功一旦越過邊界就會消失而成為外界的能量，因此我們不能說在某種狀態(tài)下系統(tǒng)和外界有多少功，只有當系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時有功的傳遞。2.外界得到的功（可用功，即可逆過程功扣除排斥大氣壓力做功)（1-8）1.工質(zhì)作的膨脹(壓縮)功：*注意區(qū)分：這是兩個不同的概念，兩者之差為摩擦和排斥大氣的損耗*P-V圖上過程線下的面積可示功，稱示功圖。功可用面積表示，但面積不一定代表功。

79三、過程熱量熱量：熱力系統(tǒng)和外界之間僅僅由于溫度不同而通過傳遞的能量。系統(tǒng)吸熱，熱量為正；反之，為負。功和熱量的異同：同：熱量和功都是能量傳遞的度量，都是過程量，而非狀態(tài)量。離開傳遞過程談熱量和功沒有意義！異：功是有規(guī)則的宏觀運動能量的傳遞，在作功過程中往往伴隨能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化；熱量則是大量微觀粒子雜亂熱運動的能量的傳遞，傳遞過程中不出現(xiàn)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。功變成熱量是無條件的，而熱轉(zhuǎn)變成功是有條件的。熱量與容積變化功能量傳遞方式

容積變化功

傳熱量性質(zhì)過程量過程量推動力壓力p

溫度T標志dV,dvdS,ds條件準靜態(tài)或可逆可逆熱量如何表達？

可以用類似于功的式子表示？引入“熵”81*熵（Entropy）的定義熱溫熵的簡單引入比參數(shù)

[kJ/kg·K]ds:可逆過程

qrev除以傳熱時的T所得的商

清華大學劉仙洲教授命名為“熵”廣延量

[kJ/K]82*熵的說明1、熵是狀態(tài)參數(shù)

3、熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過程傳熱的大小與方向2、符號規(guī)定系統(tǒng)吸熱時為正Q>0dS>0系統(tǒng)放熱時為負Q<0dS<04、用途：判斷熱量方向計算可逆過程的傳熱量83sT1s1T12s2T2T-s溫熵圖熱量的溫熵圖系統(tǒng)可逆過程中與外界的換熱量：（1-11）（1-10）841-7熱力循環(huán)一、循環(huán)概說循環(huán)定義：工質(zhì)從某一狀態(tài)經(jīng)過一連串的狀態(tài)變化過程，又回復到原來狀態(tài)。即為封閉的熱力過程。根據(jù)過程是否可逆，可分為可逆循環(huán)和不可逆循環(huán):可逆循環(huán)：熱力循環(huán)全部由可逆過程組成；不可逆循環(huán)：熱力循環(huán)全部或部分由不可逆過程組成。可逆循環(huán)可在p-v圖上用一封閉的曲線表示。工質(zhì)在經(jīng)歷了一個循環(huán)后狀態(tài)的變化量為零。根據(jù)過程進行的方向，又可分為正循環(huán)和逆循環(huán)。經(jīng)濟性指標=得到的收益花費的代價85高溫熱源熱能

動力

裝置低溫熱源吸熱q1做功wnet放熱q2工作過程正向循環(huán)也叫熱動力循環(huán)，總的效果表現(xiàn)為熱能轉(zhuǎn)化為機械能，向外界提供動力。在參數(shù)坐標圖上循環(huán)沿曲線順時針方向進行的。

式中，wnet是循環(huán)對外界作出的功量，q1是從高溫熱源吸收的熱量。式1-22是分析、計算循環(huán)熱效率的最基本的公式，普遍適用于各類可逆或不可逆的熱動力循環(huán)。消耗熱，獲得功。

二、正向循環(huán)（1-22）評價指標是循環(huán)熱效率，即：86vpP-v示功圖mn12341-2-3為膨脹過程，過程功以面積1-2-3-n-m-1表示。3-4-1為壓縮過程，該過程消耗的功以面積3-4-1-m-n-3表示。循環(huán)功等于膨脹做出的功減去壓縮消耗的功，在p-v圖上它等于循環(huán)曲線包圍的面積1-2-3-4-1。5-6-7為工質(zhì)從熱源吸熱過程，過程熱量以面積5-6-7-f-e-5表示(q1)。7-8-5為放熱過程，放出的熱量為面積7-8-5-e-f-7(q2)。循環(huán)凈熱量qnet在T-s圖上可以用循環(huán)過程線包圍的面積5-6-7-8-5表示。顯然，它等于循環(huán)過程中工質(zhì)與熱源換熱量的代數(shù)和。

qnet＝q1-q2

為了保證相同體積變化過程(一來一回)，膨脹功>壓縮功；必須p2>p4,因此T2>T4。在實際動力設(shè)備上，工質(zhì)往往在膨脹前加熱，壓縮前放熱。分析工質(zhì)在封閉汽缸內(nèi)進行的一個任意可逆正向循環(huán)sTT-s溫熵圖5678efq1-q2＝qnet87三、逆向循環(huán)主要應用于制冷循環(huán)裝置和熱泵，分別稱為制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)。制冷：功源供給一定的機械能，使低溫冷藏庫或冰箱中的熱量排向溫度較高的環(huán)境空氣。熱泵：消耗機械能把低溫熱源，如室外大氣中的熱量輸向溫度較高的室內(nèi)，使室內(nèi)空氣獲得熱量維持較高的溫度?？傮w效果：耗費機械能(轉(zhuǎn)化為熱能)，使熱能由低溫熱源傳向高溫熱源。在參數(shù)坐標圖上循環(huán)沿曲線逆時針方向進行。（1-14）（1-13）制冷系數(shù)：熱泵系數(shù)：評價指標高溫熱源制冷

裝置/

熱泵低溫熱源放熱q1做功ωnet吸熱q2工作過程消耗功，獲得熱。

88vpP-v示功圖mn1234工質(zhì)沿1-2-3膨脹到狀態(tài)3，然后循較高的壓縮線3-4-1壓縮回狀態(tài)1，這時壓縮過程消耗到功大于膨脹過程作出的功，故需由外界向工質(zhì)輸入功，其數(shù)值為循環(huán)凈功ωnet,即p-v圖上封閉曲線包圍的面積1-2-3-4-1。T-s圖中，同一循環(huán)的吸熱過程為5-6-7，放熱過程為7-8-5。工質(zhì)從低溫熱源吸熱q2

，向高溫熱源放熱q1，其差值為循環(huán)凈熱量qnet，即T-s圖上封閉曲線包圍的面積5-6-7-8-5。

逆向循環(huán)時，工質(zhì)在吸熱前可先進行膨脹降溫過程（如絕熱膨脹），使工質(zhì)的溫度降低到能從低溫熱源吸取熱量；而在放熱過程前，進行壓縮升溫過程（如絕熱壓縮），使其溫度升高到能向高溫熱源放熱。過程分析

sTT-s溫熵圖5678efq1-q2＝qnet第一章小結(jié)基本概念：熱力系平衡態(tài)準靜態(tài)、可逆過程量、狀態(tài)量、狀態(tài)參數(shù)功量、熱量、熵

p-V圖、T-S圖循環(huán)、評價指標90第一章完

作業(yè)：1-8；1-15；1-16；1-21.多次膨脹和可逆膨脹所作的功等于3次作功的加和可見，外壓差距越小，膨脹次數(shù)越多，做的功（陰影部分面積）也越多。91外壓相當于一杯水，水不斷蒸發(fā)，這樣的膨脹過程是無限緩慢的，每一步都接近于平衡態(tài)。這種過程近似地可看作可逆過程，所作的功最大。同樣從V1膨脹到V2，可逆膨脹過程做功最大最理想。92多次膨脹和可逆膨脹多次等外壓壓縮所需的功等于3次負功的加和，可見，外壓差距越小，壓縮次數(shù)越多，所需的功（陰影部分面積）也越多。92如果將蒸發(fā)掉的水氣慢慢在杯中凝聚，使壓力緩慢增加，恢復到原狀，所作的功為過程曲線陰影部分面積，則系統(tǒng)和環(huán)境都能恢復到原狀?？赡鎵嚎s，環(huán)境對體系作最小功。931-2英制系統(tǒng)中絕對溫標稱蘭氏溫標，以其溫度以°R來表示。蘭氏溫度與華氏溫度的關(guān)系為{T}°R={t}°F+459.67。已知熱力學絕對溫標及蘭氏溫標在純水冰點的讀數(shù)分別是273.15K和491.67°R，汽點的讀數(shù)分別是373.15K和671.67°R。試：(1)導出蘭氏溫度和熱力學溫度的關(guān)系式；(2)說明熱力學溫標上的0K在蘭氏溫標上的多少°R；(3)畫出攝氏溫標、熱力學溫標和蘭氏溫標之間的對應關(guān)系。答：（1）若任意溫度T在朗肯溫標上讀數(shù)為T{°R}在熱力學絕對溫標上讀數(shù)為T{K}，（1）首先，從代入題目的關(guān)系式：{T}°R={t}°F+459.67 ＝1.8T{K}-459.67+459.67 =1.8T{K}（2）首先，將0K代入以上關(guān)系，得0°R94Celsius:℃TriplepointofwaterBoilingpointofwaterAbsolutezero-273.15℃0℃100℃Kelvin:K0K273.15K373.15K蘭氏溫標:°R491.67°R671.67°R100parts100parts180parts0°R951-6容器中的真空度為pv=600mmHg，氣壓計上水銀柱高度為755mm，求容器中