第一章 熱力系統(tǒng)-第一部分

第一章

熱力系統(tǒng)§1-1

熱力系統(tǒng)的基本概念熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：人為地研究對(duì)象1、系統(tǒng)的定義systemAquantityofmatteroraregioninspacechosenforstudy§1-1

熱力系統(tǒng)的基本概念外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)2、系統(tǒng)、外界與邊界邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面系統(tǒng)與外界的作用都通過(guò)邊界surroundingsboundary邊界特性真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動(dòng)fixed、movablereal

、imaginary熱力系統(tǒng)分類(lèi)以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：

有無(wú)是否傳質(zhì)開(kāi)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)非孤立系孤立系吸壓爆排內(nèi)燃機(jī)工作原理圖TypesofSystem開(kāi)口系絕熱系孤立系ClosedsystemControlmassIsolatedsystemOpensystemControlvolume閉口系A(chǔ)diabaticsystem熱力系統(tǒng)其它分類(lèi)方式

其它分類(lèi)方式物理化學(xué)性質(zhì)

均勻系

非均勻系工質(zhì)種類(lèi)多元系單元系相態(tài)多相單相簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)

簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功容積變化功壓縮功膨脹功Simplecompressiblesystem3、狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：工質(zhì)在熱力變化的某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量狀態(tài)參數(shù)的特征：1、狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然2、狀態(tài)參數(shù)的積分特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)3、狀態(tài)參數(shù)的微分特征：全微分狀態(tài)參數(shù)的積分特征狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學(xué)上：點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù)12ab例：溫度變化山高度變化pointfunction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)Totaldifferentials基本狀態(tài)參數(shù)壓力

p、溫度T、比容v

（容易測(cè)量）1、壓力

p(pressure)（絕對(duì)壓力）

物理中壓強(qiáng)，單位:Pa(Pascal),N/m2Basicstateproperties常用單位Units：

1kPa=103Pa1bar=105Pa

1MPa=106Pa

1atm=760mmHg=1.013105

Pa

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

Pa壓力p測(cè)量絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的相對(duì)值

——相對(duì)壓力注意：只有絕對(duì)壓力p

才是狀態(tài)參數(shù)絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力當(dāng)

p

>pb表壓力

pe當(dāng)

p

<pb真空度

pvpbpeppvprelativepressureabsolutepressureGagepressureVacuumpressure環(huán)境壓力與大氣壓力指壓力表所處環(huán)境注意：

環(huán)境壓力一般為大氣壓，但不一定。環(huán)境壓力Environmentalpressure大氣壓力Atmosphericpressurebarometrichbarometer大氣壓力Atmosphericpressure大氣壓隨時(shí)間、地點(diǎn)變化物理大氣壓

1atm=760mmHg當(dāng)h變化不大，ρ常數(shù)1mmHg=

ρgh

=133.322Pa當(dāng)h變化大，ρρ(h)OtherPressureMeasurementDevices高精度測(cè)量：活塞壓力計(jì)

pistonmanometer工業(yè)或一般科研測(cè)量：壓力傳感器

PressuretransducersPiezoelectriceffect基本狀態(tài)參數(shù)壓力

p、溫度T、比容v

（容易測(cè)量）2、溫度

T(Temperature)Basicstateproperties溫度T的一般定義傳統(tǒng)：物體冷熱程度的度量。感覺(jué)，導(dǎo)熱，熱容量微觀：大量基本微粒作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度

T

0.5

mw21)

同T

,0.5mw2不同，如碳固體和碳蒸氣2)

0.5mw2總0,T

0,1951年核磁共振法對(duì)氟化鋰晶體的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)負(fù)的開(kāi)爾文溫度3)

T=0

0.5mw

2=0

分子一切運(yùn)動(dòng)停止，零點(diǎn)能溫度的熱力學(xué)定義

處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)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。

溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量Temperaturemeasurement溫度計(jì)物質(zhì)（水銀，鉑電阻）特性（體積膨脹，阻值）基準(zhǔn)點(diǎn)刻度

Scale溫標(biāo)

TemperaturescaleReferencestate溫標(biāo)Temperaturescale熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）Kelvinscale

（Britisher,L.Kelvin,1824-1907）

攝氏溫標(biāo)Celsiusscale(Swedish,A.Celsius,1701-1744）華氏溫標(biāo)Fahrenheitscale(German,G.Fahrenheit,1686-1736)朗肯溫標(biāo)Rankinescale(W.Rankine,1820-1872)常用溫標(biāo)之間的關(guān)系絕對(duì)K攝氏℃

華氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔點(diǎn)水三相點(diǎn)鹽水熔點(diǎn)發(fā)燒水沸點(diǎn)559.67溫標(biāo)的換算TemperatureMeasurementDevices日常：水銀溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)，

thermometer工業(yè)：熱電偶Thermocouple

熱電阻Resistancetemperaturedetector

輻射溫度計(jì)Radiationthermometer計(jì)量：鉑電阻溫度計(jì)Platinum基本狀態(tài)參數(shù)壓力

p、溫度T、比容v

（容易測(cè)量）3、比容

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

[kg/m3]平衡狀態(tài)Equilibriumstate定義：

在不受外界影響的條件下（重力場(chǎng)除外），如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。Asysteminequilibriumexperiencesnochangeswhenitisisolatedfromitsurroundings.4、熱力學(xué)平衡狀態(tài)熱力平衡：熱的平衡、力的平衡1、熱平衡Thermalequilibrium:——溫度處處均勻一致Q熱的不平衡

熱平衡

系統(tǒng)各部分間沒(méi)有熱量傳遞ManytypesofEquilibrium2、力平衡Mechanicalequilibrium:

——壓力、密度、比容等處處均勻一致P力的不平衡

力平衡

系統(tǒng)各部分間沒(méi)有相對(duì)位移1、不平衡狀態(tài)，在無(wú)外界影響的條件下會(huì)自發(fā)的趨于平衡。2、平衡狀態(tài)，不會(huì)自發(fā)的破壞。3、熱得交換或功的交換，都將破壞平衡狀態(tài)P（熱力）平衡狀態(tài)工程熱力學(xué)主要研究平衡狀態(tài)，不平衡狀態(tài)不去研究因?yàn)椴黄胶鉅顟B(tài)無(wú)法用狀態(tài)參數(shù)來(lái)表示，故無(wú)法研究?！?-2狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖平衡狀態(tài)可用一組狀態(tài)參數(shù)描述其狀態(tài)狀態(tài)公理：對(duì)組元一定的閉口系，獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù)

N=n+1想確切描述某個(gè)熱力系，是否需要所有狀態(tài)參數(shù)？狀態(tài)公理Statepostulate閉口系：而不平衡勢(shì)差彼此獨(dú)立獨(dú)立參數(shù)數(shù)目N=不平衡勢(shì)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、表面張力功等不平衡勢(shì)差狀態(tài)變化能量傳遞消除一種

達(dá)到某一

消除一種能量不平衡勢(shì)差方面平衡傳遞方式簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)的獨(dú)立變量數(shù)簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N=n+1=絕熱簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)

N=?2只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功

Thestateofasimplecompressiblesystemiscompletelyspecifiedbytwoindependentproperties狀態(tài)方程Equationofstate狀態(tài)方程

基本狀態(tài)參數(shù)（p,v,