1 基本概念和定义

null第一章 基本概念和定义第一章 基本概念和定义1－1 热力系统1－1 热力系统 1. 定义 热力系统（系统）：被人为分离出来，做为研究对象的物体 外界：系统之外、与之有能、质交换的物质 边界：系统与外界的分界面 null 2. 系统的分类 闭口系—系统与外界无质量交换（只有能量交换） 开口系---系统与外界有质量交换（也有能量交换） 绝热系—系统与外界无热量交换 孤立系—系统与外界无质量和能量交换 null 3、 注 意 事 项 ① 系统划分是人为、非唯一的 ② 系统划分是理想化的, 为抓主要矛盾 ③ 合理选择系统是进行正确的热力学分析的前提1-2 工质的热力状态及基本状态参数 1. 状态参数 (1) 定义 状态（热力状态）：系统中的工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况 状态参数：描述状态的物理量，如P、、T、 u、h、s等 工质：用来实现热、功转换的工作物质， 如气体(空气)、水蒸 气等。1-2 工质的热力状态及基本状态参数 (2) 状态参数的性质 是状态的单值函数，只取决于工质所处状 态，与过程无关。 null (3) 基本状态参数（P、、T）---可测量的参数1）压力 压力可用绝对压力、表压力或真空度三种 形式表示。 ① 绝对压力P： 工质的真实压力，为状态参数 ② 表压力Pg： 绝对压力高出当地大气压的数值 例: 设 x为任意状态参数，则nullPb ——大气压力（不恒定） 压力测量仪表 常用单位 压力表 MPa U型管测压计 Pa或mmH2O或mmHg ③ 真空度P：绝对压力低于当地大气压的数值 。P、Pg、P关系图：null 2） 温度 常用热力学温标T、摄氏温标t、华氏温标tF 单位: T – K , t - oC , tF - oF 三种温标关系式： 3）比容和密度（、） 注意: ① 严格区分 T (K) 和 t (C ) ② T代表状态4）强度量和广延量 强度量（压力、温度和比容）与物质的量无关, 广延量正比于物质的量（如V ）null1. 平衡状态 （1） 定义: 系统中温度和压力处处相等，且不随时间发生变化，称热力平衡状态 （所谓力平衡和热平衡）。 （2）保持平衡状态条件: 系统内部以及系统与外界之间不存在任何不平衡势差（系统与外界处于热力平衡）。 （3）意义: 在热力学中,只有平衡状态才能由一组具 有确定数值的状态参数进行描述。又称静热力学。 1-3 平衡状态 状态公理 状态方程null2. 状态公理 （1）表述：对于组成一定的物质系统，若系统与外界有n种功量的传递，那么确定该系统平衡的状态参数有n+1个。 （2）加1是考虑了系统与外界的热量交换。 （3）根据“状态公理”: 独立状态参数数目= 功的模式（n） + 1 null对于简单可压缩系统: 只有一种模式,即容积功. 这样: 独立状态参数数目= 1+1=2 所以: 只要知道任意2个独立的状态参数,就可以确 定简单可压缩系统的状态. null3. 状态平衡方程 （1）理想气体状态方程式： （2）平面坐标图 对于简单可压缩系统，既然两个独立的状态参数就能确定系统的状态。那么,就能用平面坐标图来表示状态及其变化. 如: P-V图, T-S图,…例 P－V图 图中: 点--- 状态 线--- 过程 过程线下的面积---容积功 P1V2V1P212 1-4 准平衡（准静态）过程和可逆过程1. 准平衡过程 1）问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 提出: 热力学只能研究平衡状态, 　　　而热功转换必须通过状态变化的热力过程实现, 　　　为解决又要变化又要平衡的矛盾, 　　　提出“准静态”的概念. 2）定义 过程：工质从一个状态变化到另一个状态时所经历的全部状态的总和。 准静态过程：由一系列 　　　的平衡状态（实际上是 　　　无限接近平衡的状态） 　　　所构成的过程。 1-4 准平衡（准静态）过程和可逆过程null 3） 实现准静态过程的条件 ⑴ 无势差,(或压力差、温差无穷小); 即系统内外处于近似 的平衡状态； ⑵ 过程无限慢。 4） 实用意义: 显然,真正的“无限慢”在过程上是无意义的，但是许多实际过程可以近似的作为准静态过程处理. 例: 内燃机活塞的平均速度为 10-14 m/s 但是, 汽缸内压力P和温度T的传播速度分别为: P---音速----约为 400-1000 m/s T---分子运动速度---约为 500-1500 m/s 所以, 10 m/s 可视为“无限慢”, 汽缸内压力和温度传播的特别快,系统内的压力差和温度差可视为 “无穷小”,达到了“准静态”.null2. 可逆过程 1) 定义：能逆向进行，且系统与外界同时恢复原态, 而不留下其他变化的过程。 2) 可逆条件: 1）无势差　2）无耗散。耗散效应： a. 摩擦将一部分功变成热 b. 非弹性形变、电阻及磁滞等使功不可逆地转变成热 null3) 分析: 例: 气体在气缸中绝热膨胀，推动活塞向外移　　动，到达顶点后反向运动压缩气体。 a. 工质膨胀时(1-2),对飞轮作功, 以动能的形式储存在飞轮中 b. 压缩时(2-1), 飞轮对工质作功,把所得动能全部还给工质 c. 系统与外界同时恢复原态未留下其他变化⑴ 若过程满足可逆条件null(2)若在过程进行时有势差和耗散： 　① 有摩擦（耗散）: a. 摩擦要消耗功,膨胀时(1-2)传给飞轮功少 b. 压缩时(2-1)飞轮要作比工质所作膨胀功大的功. c. 当工质回到原状态时,飞轮付出了两倍的摩擦功. 大气得到了两倍的摩擦功(热) 　②有势差: 存在压差时，与上述情况类似,飞轮付出了“双重”的“差压功” 。存在温差时,飞轮也要多付出功,而工质则要多接收热。 在上述情况下，系统与外界不能同时恢复原态,而留下了其他变化。 ∴ 过程是不可逆的。4) 结论：可逆过程 ＝准静态过程+无耗散。null准静态过程及可逆过程的图示: 因为非平衡态无法用状态参数进行描述, 所以不可逆过程也无法在图中用实线表示,而只能用虚线表示.它只表示过程的起点和终点的状态,而不能显示全过程.