第二章 基本概念

1、第二章第二章 熱力學基本概念熱力學基本概念學習目標：學習目標： 理解引入準靜態(tài)過程、可逆過程的意義及實理解引入準靜態(tài)過程、可逆過程的意義及實現(xiàn)準靜態(tài)過程、可逆過程的條件現(xiàn)準靜態(tài)過程、可逆過程的條件掌握工程熱力學中一些基本術(shù)語：掌握工程熱力學中一些基本術(shù)語：熱力學系統(tǒng)、熱力狀態(tài)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)參熱力學系統(tǒng)、熱力狀態(tài)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)參數(shù)、準靜態(tài)過程、可逆過程、功和熱量。數(shù)、準靜態(tài)過程、可逆過程、功和熱量。Thermodynamic system第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)外界外界surroundings surroundings ： 邊界邊界( (界面界面) ) boundaryboundary

2、：與系統(tǒng)發(fā)生作用的環(huán)境與系統(tǒng)發(fā)生作用的環(huán)境 系統(tǒng)與外界的分界面系統(tǒng)與外界的分界面( (圖中用虛線標出圖中用虛線標出) )一、系統(tǒng)、邊界和外界一、系統(tǒng)、邊界和外界熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng)熱力系、系統(tǒng))： system熱力學中被研究的對象。它是熱力學中被研究的對象。它是由封閉表面包圍由封閉表面包圍的質(zhì)量恒定的物質(zhì)的集合或空間的一部分的質(zhì)量恒定的物質(zhì)的集合或空間的一部分邊界特性邊界特性真實、虛構(gòu)真實、虛構(gòu)固定、活動固定、活動 第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)系統(tǒng)外界物質(zhì)交換功的交換熱的交換二、系統(tǒng)與外界的相互作用二、系統(tǒng)與外界的相互作用系統(tǒng)系統(tǒng)與與外界外界的作用都通過的作用都通過邊界邊界進行進行

3、第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)三、外界的分類三、外界的分類質(zhì)源質(zhì)源功源功源熱源熱源與系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)量交換的外界稱為質(zhì)源與系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)量交換的外界稱為質(zhì)源與系統(tǒng)發(fā)生功的交換的外界稱為功源與系統(tǒng)發(fā)生功的交換的外界稱為功源與系統(tǒng)發(fā)生熱量交換的外界稱為熱源與系統(tǒng)發(fā)生熱量交換的外界稱為熱源四、熱力系統(tǒng)分類四、熱力系統(tǒng)分類以系統(tǒng)與外界的相互作用劃分：以系統(tǒng)與外界的相互作用劃分： 有有 無無是否傳質(zhì)是否傳質(zhì) 開口系開口系 閉口系閉口系是否傳熱是否傳熱 非絕熱系非絕熱系 絕熱系絕熱系是否傳功是否傳功 非絕功系非絕功系 絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)是否傳熱、功、質(zhì) 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)

4、熱力系統(tǒng) 開口系統(tǒng)：開口系統(tǒng)： 系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換；系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換； 熱和功的交換可有可無；熱和功的交換可有可無； 通?？臻g相對固定通常空間相對固定控制體積控制體積系統(tǒng)；系統(tǒng)； 大多數(shù)熱力設(shè)備均是開口系統(tǒng)。大多數(shù)熱力設(shè)備均是開口系統(tǒng)。 閉口系統(tǒng)：閉口系統(tǒng)： 系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)交換；系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)交換； 系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)質(zhì)量是常量系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)質(zhì)量是常量控制質(zhì)量系統(tǒng)；控制質(zhì)量系統(tǒng)； 具有恒定質(zhì)量的系統(tǒng)不一定是閉口系統(tǒng)。具有恒定質(zhì)量的系統(tǒng)不一定是閉口系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng) 絕熱系統(tǒng)絕熱系統(tǒng)： 系統(tǒng)與外界沒有熱量交換；系統(tǒng)與外界沒有熱量交換； 自然界不存在，系統(tǒng)與外界傳遞熱量忽自然界

5、不存在，系統(tǒng)與外界傳遞熱量忽略不計略不計孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)： 系統(tǒng)與外界既無物質(zhì)交換，又無熱和系統(tǒng)與外界既無物質(zhì)交換，又無熱和功的交換；功的交換； 是一種理想的極限情況。是一種理想的極限情況。第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)選取的人為性熱力系統(tǒng)選取的人為性鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器開口系統(tǒng)開口系統(tǒng)絕熱系統(tǒng)絕熱系統(tǒng)非絶功系統(tǒng)非絶功系統(tǒng)非孤立系統(tǒng)非孤立系統(tǒng)閉口系統(tǒng)閉口系統(tǒng)非絕熱系統(tǒng)非絕熱系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)按系統(tǒng)內(nèi)部狀況分類按系統(tǒng)內(nèi)部狀況分類：物理化學性質(zhì)物理化學性質(zhì) 均勻系均勻系工質(zhì)種類工質(zhì)種類多元系多元系單元系單元系相態(tài)相態(tài)多相多相單相單相第一節(jié)

6、第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)非均勻系非均勻系非均勻系統(tǒng)：非均勻系統(tǒng)：由兩個或兩個以上的由兩個或兩個以上的相組成的系統(tǒng)。相組成的系統(tǒng)。均勻系統(tǒng)均勻系統(tǒng) ：化學成分和物理性質(zhì)均化學成分和物理性質(zhì)均勻一致，由單相組成。勻一致，由單相組成。第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)單元系：單元系：由一種化學成分組成的系統(tǒng)。由一種化學成分組成的系統(tǒng)。多元系：多元系：由兩種以上不同化學成分組由兩種以上不同化學成分組成的系統(tǒng)。成的系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)單相系：單相系：由單一物相組成的系統(tǒng)。由單一物相組成的系統(tǒng)。復相系：復相系：由兩個相以上組成的系統(tǒng)。由兩個相以上組成的系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)3、與

7、外界只發(fā)生功的交換的熱力系統(tǒng)，不可能是、與外界只發(fā)生功的交換的熱力系統(tǒng)，不可能是_ 。 A封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng) B絕熱系統(tǒng)絕熱系統(tǒng) C開口系統(tǒng)開口系統(tǒng) DB+C課堂練習課堂練習第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)1.由封閉表面包圍的質(zhì)量恒定的物質(zhì)的集合或空由封閉表面包圍的質(zhì)量恒定的物質(zhì)的集合或空間的一部分稱為間的一部分稱為_ 。A封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng) B孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)C熱力學系統(tǒng)熱力學系統(tǒng) D閉口系統(tǒng)閉口系統(tǒng)2下列下列_不是與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的外界。不是與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的外界。A工源工源 B熱源熱源C質(zhì)源質(zhì)源 D工質(zhì)工質(zhì)4.下列下列_與外界肯定沒有能量交換。與外界肯定沒有能量交換。A絕熱系統(tǒng)絕熱系統(tǒng) B

8、孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) C封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng) D開口系統(tǒng)開口系統(tǒng) 5.下列下列_與外界肯定沒有熱量交換但可能有質(zhì)量與外界肯定沒有熱量交換但可能有質(zhì)量交換。交換。 A絕熱系統(tǒng)絕熱系統(tǒng) B孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) C封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng) D開口系統(tǒng)開口系統(tǒng) 6.運行中的鍋爐是運行中的鍋爐是_ 。 A絕熱系統(tǒng)絕熱系統(tǒng) B孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) C封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng) D開口系統(tǒng)開口系統(tǒng)課堂練習課堂練習第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)1.C課堂練習答案課堂練習答案第一節(jié)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)2.D3.C4.B5.D6.D課堂總結(jié)課堂總結(jié)一、一、二、二、系統(tǒng)的選擇取決于研究目的與任務，隨系統(tǒng)的選擇取決于研究目的與任務，隨邊界而定，具

9、有隨意性。選取不當將不邊界而定，具有隨意性。選取不當將不便于分析。便于分析。 選定系統(tǒng)后需要精心確定系選定系統(tǒng)后需要精心確定系統(tǒng)與外界之間的各種相互作用以及系統(tǒng)統(tǒng)與外界之間的各種相互作用以及系統(tǒng)本身能量的變化，否則很難獲得正確的本身能量的變化，否則很難獲得正確的結(jié)論。結(jié)論。熱力系統(tǒng)概念，它與外界的相互作用，三熱力系統(tǒng)概念，它與外界的相互作用，三種分類方法及其特點，以及它們之間的相種分類方法及其特點，以及它們之間的相互關(guān)系。互關(guān)系。第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)State and state properties狀態(tài)：狀態(tài)：某一瞬間熱力系統(tǒng)所呈現(xiàn)的宏觀狀況某一瞬間熱力系統(tǒng)所呈現(xiàn)的宏觀

10、狀況狀態(tài)參數(shù)：狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系統(tǒng)狀態(tài)的物理量描述熱力系統(tǒng)狀態(tài)的物理量一、狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)一、狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)常用的狀態(tài)參數(shù)常用的狀態(tài)參數(shù)：壓力壓力 p、溫度、溫度T、體積、體積 V、內(nèi)能內(nèi)能 U、焓、焓 H、熵、熵S強度參數(shù)（強度量）：強度參數(shù)（強度量）：Intensive properties 與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù)。與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù)。 如如壓力壓力 p、溫度溫度T廣延參數(shù)（尺度量）：廣延參數(shù)（尺度量）：Extensive properties與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)可加性可加性 如如 容積容積 V、內(nèi)能內(nèi)能 U、焓焓 H、熵熵S比參數(shù)：比參數(shù)：比比容容VvmUum比比內(nèi)能

11、內(nèi)能Hhm比比焓焓Ssm比比熵熵比參數(shù)具有強度參數(shù)的性質(zhì)比參數(shù)具有強度參數(shù)的性質(zhì)狀態(tài)參數(shù)分類狀態(tài)參數(shù)分類：第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的特征：狀態(tài)參數(shù)的特征：1、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)之間是一一對應的關(guān)系。、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)之間是一一對應的關(guān)系。即狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然即狀態(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)的積分特征:狀態(tài)參數(shù)變化量與狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)3、狀態(tài)參數(shù)的微分特征狀態(tài)參數(shù)的微分特征4、狀態(tài)參數(shù)經(jīng)過有限次加減乘除、狀態(tài)參數(shù)經(jīng)過有限次加減乘除,得

12、到的還是得到的還是狀態(tài)參數(shù)。如：狀態(tài)參數(shù)。如：HUpVpV 路徑函數(shù)的特征：路徑函數(shù)的特征：狀態(tài)發(fā)生改變時，狀態(tài)發(fā)生改變時，路徑函數(shù)路徑函數(shù)不僅與系統(tǒng)的初、不僅與系統(tǒng)的初、終狀態(tài)有關(guān)，還與變化的途徑有關(guān)，微元變終狀態(tài)有關(guān)，還與變化的途徑有關(guān)，微元變量不是全微分。量不是全微分。如：容積功、熱量等。如：容積功、熱量等。第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)定義：定義：在在不受外界影響不受外界影響的條件下的條件下（重力（重力場除外），場除外），系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化二、二、平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)Equilibrium state第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)平

13、衡的平衡的本質(zhì)本質(zhì)：不存在不平衡勢：不存在不平衡勢不平衡勢不平衡勢Unbalanced potentials 熱不平衡勢熱不平衡勢 溫差溫差 Temperature differential 力不平衡勢力不平衡勢 壓差壓差 Pressure differential 相不平衡勢相不平衡勢 相變相變 Phase change 化學不平衡勢化學不平衡勢 化學反應化學反應 Chemical change第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)1、熱平衡、熱平衡Thermal equilibrium : 2、力平衡、力平衡Mechanical equilib

14、rium : 3、相平衡、相平衡Phase equilibrium : 4、化學平衡、化學平衡Chemical equilibrium : 平衡的類型：平衡的類型： 簡單熱力系統(tǒng)平衡的條件：簡單熱力系統(tǒng)平衡的條件： 各處壓力都相同、各處溫度都相同。各處壓力都相同、各處溫度都相同。 即要處于熱平衡和力平衡即要處于熱平衡和力平衡第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù) 簡單熱力系統(tǒng)：簡單熱力系統(tǒng)：與外界的能量交換只有與外界的能量交換只有容積功和熱量兩種方式容積功和熱量兩種方式平衡平衡Equilibrium與穩(wěn)定與穩(wěn)定Steady穩(wěn)定：穩(wěn)定：參數(shù)不隨時間變化參數(shù)不隨時間變化穩(wěn)定穩(wěn)定但存在但存在不平

15、衡勢差不平衡勢差去掉去掉外界影響，外界影響，狀態(tài)變化狀態(tài)變化若以若以（熱源（熱源+銅棒銅棒+冷源）冷源）為系統(tǒng)，又如何為系統(tǒng)，又如何？穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)平衡平衡Equilibrium與均勻與均勻Even平衡平衡：時間上：時間上均勻均勻：空間上：空間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的密度突變第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)為什么引入平衡概念？為什么引入平衡概念？如果如果系統(tǒng)平衡系統(tǒng)平衡，可用可用一組一組確切的參確切的參數(shù)（數(shù)（壓力、溫度壓力、溫度）描述描述

16、系統(tǒng)不平衡系統(tǒng)不平衡，無法用無法用一組一組確切的參確切的參數(shù)（數(shù)（壓力、溫度壓力、溫度）描述描述第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)課堂總結(jié)課堂總結(jié)一、一、二、二、系統(tǒng)的選擇取決于研究目的與任務，隨系統(tǒng)的選擇取決于研究目的與任務，隨邊界而定，具有隨意性。選取不當將不邊界而定，具有隨意性。選取不當將不便于分析。便于分析。 選定系統(tǒng)后需要精心確定系選定系統(tǒng)后需要精心確定系統(tǒng)與外界之間的各種相互作用以及系統(tǒng)統(tǒng)與外界之間的各種相互作用以及系統(tǒng)本身能量的變化，否則很難獲得正確的本身能量的變化，否則很難獲得正確的結(jié)論。結(jié)論。熱力系統(tǒng)概念，它與外界的相互作用，三熱力系統(tǒng)概念，它與外界的相互作用，三種分

17、類方法及其特點，以及它們之間的相種分類方法及其特點，以及它們之間的相互關(guān)系。互關(guān)系。穩(wěn)定狀態(tài)與平衡狀態(tài)的區(qū)分：穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)與平衡狀態(tài)的區(qū)分：穩(wěn)定狀態(tài) 時時狀態(tài)參數(shù)雖然不隨時間改變，但是靠外界狀態(tài)參數(shù)雖然不隨時間改變，但是靠外界影響來的。平衡狀態(tài)是系統(tǒng)不受外界影響影響來的。平衡狀態(tài)是系統(tǒng)不受外界影響時，參數(shù)不隨時間變化的狀態(tài)。二者既有時，參數(shù)不隨時間變化的狀態(tài)。二者既有所區(qū)別，又有聯(lián)系。平衡必穩(wěn)定所區(qū)別，又有聯(lián)系。平衡必穩(wěn)定,穩(wěn)定未必穩(wěn)定未必平衡。平衡。狀態(tài)參數(shù)的特性及狀態(tài)參數(shù)與過程參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的特性及狀態(tài)參數(shù)與過程參數(shù)的區(qū)別。的區(qū)別。一一二、二、課堂總結(jié)課堂總結(jié)1 平衡態(tài)與穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)即系統(tǒng)

18、內(nèi)各點平衡態(tài)與穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)即系統(tǒng)內(nèi)各點的狀態(tài)參數(shù)均不隨時間而變）有何異同？的狀態(tài)參數(shù)均不隨時間而變）有何異同？熱力學中討論平衡態(tài)有什么意義？熱力學中討論平衡態(tài)有什么意義？2外界條件變化時系統(tǒng)有無達到平衡的外界條件變化時系統(tǒng)有無達到平衡的可能？在外界條件不變時，系統(tǒng)是否一可能？在外界條件不變時，系統(tǒng)是否一定處于平衡態(tài)？定處于平衡態(tài)？課堂練習課堂練習三、三、基本狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)Basic state properties基本狀態(tài)參數(shù)壓力壓力 p溫度溫度 T比容比容 v直接觀察直接觀察直接測量直接測量第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)（一）壓力（一）壓力 p壓力壓力p( pressure

19、) ，物理中物理中壓強壓強：工質(zhì)對系統(tǒng)表面單位面積上的垂直作用力工質(zhì)對系統(tǒng)表面單位面積上的垂直作用力FpA第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)壓力壓力基本單位基本單位: Pa (Pascal), N/m21.1.定義定義國際單位：國際單位：常用單位及換算：常用單位及換算：第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)工程單位：工程單位：Pa（帕）（帕）MPa（兆帕）（兆帕） KPa（千帕）（千帕）ba（巴）（巴） 1MPa =10bar=103 KPa=106Pakgf/cm2 工程大氣壓（工程大氣壓（at） 1at =1 kgf/cm2=9.8104Pa1atm=760mmHg=1.013

20、25105PammHg（汞柱高度汞柱高度）、）、mmH2O （水柱高度）（水柱高度）標準大氣壓（標準大氣壓（atm）：）：第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)1 mmHg=133.3Pa1 mmH2O=9.8Pa2.2. 壓力表示法壓力表示法第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)絕對壓力絕對壓力 absolute pressure相對壓力相對壓力relative pressure 絕對壓力絕對壓力與與環(huán)環(huán)境壓力境壓力 Environmental pressure （壓力表壓力表所處環(huán)境）所處環(huán)境） 的的相對值相對值第二節(jié)第二節(jié) 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)環(huán)境壓力環(huán)境壓力不不為為大氣

21、壓大氣壓時時：壓差壓差環(huán)境壓力環(huán)境壓力為為大氣壓大氣壓pb 時：時：表壓力表壓力pg真空度真空度pv(p pb ) (p 有足夠時間恢復新平衡有足夠時間恢復新平衡 準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程第三節(jié)第三節(jié) 熱力過程熱力過程準靜態(tài)過程的工程應用準靜態(tài)過程的工程應用例：例：活塞式內(nèi)燃機活塞式內(nèi)燃機 2000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分 曲柄曲柄 2沖程沖程/轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，0.15米米/沖程沖程活塞運動速度活塞運動速度=2000 2 0.15/60=10 m/s壓力波恢復平衡速度（聲速）壓力波恢復平衡速度（聲速）350 m/s破壞平衡所需時間破壞平衡所需時間（外部作用時間）（外部作用時間）恢復平衡所需時間恢復平衡所需時間（馳豫時間

22、）（馳豫時間）一般的工程過程都可認為是一般的工程過程都可認為是準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程第三節(jié)第三節(jié) 熱力過程熱力過程準靜態(tài)過程在參數(shù)坐標圖上可用準靜態(tài)過程在參數(shù)坐標圖上可用一條連續(xù)實線表示；一條連續(xù)實線表示；非準靜態(tài)過程，由于中間經(jīng)歷了非準靜態(tài)過程，由于中間經(jīng)歷了不平衡狀態(tài)，因此無法在參數(shù)坐不平衡狀態(tài)，因此無法在參數(shù)坐標圖上用實線表示，只能用虛線標圖上用實線表示，只能用虛線表示。表示。 能量在轉(zhuǎn)化過程中，有一部分能量轉(zhuǎn)能量在轉(zhuǎn)化過程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來化為內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用，這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。耗重新利用，這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。耗散意味

23、著散意味著“做功能力做功能力”的下降。做功能力的下降。做功能力下降的程度，在工程熱力學中用下降的程度，在工程熱力學中用“不可逆不可逆”程度來衡量。程度來衡量。 為了反映系統(tǒng)的最大做功能力，熱力為了反映系統(tǒng)的最大做功能力，熱力學引入一種理想的熱力過程，即可逆過程。學引入一種理想的熱力過程，即可逆過程。二、可逆過程與不可逆過程二、可逆過程與不可逆過程定義：定義：系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)系統(tǒng)與與外界外界同時同時恢復到初始狀態(tài)，而不恢復到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過程為留下任何痕跡，則此過程為可逆過程可逆過程（reversible process） 。反之稱為

24、不可逆過程反之稱為不可逆過程第三節(jié)第三節(jié) 熱力過程熱力過程（irreversible process） 若有摩擦力若有摩擦力f 存在，就存在損失存在，就存在損失外界得到的功外界得到的功W W若外界將得到的功若外界將得到的功W 再返還給系統(tǒng)，系統(tǒng)得再返還給系統(tǒng)，系統(tǒng)得到的功到的功WT2QFrequently encountered irreversibilities第三節(jié)第三節(jié) 熱力過程熱力過程p21p外外摩擦摩擦常見的不可逆過程常見的不可逆過程混合過程混合過程 真空真空 Frequently encountered irreversibilitiesUnrestrained expansion

25、 Mixing process第三節(jié)第三節(jié) 熱力過程熱力過程自由膨脹自由膨脹可逆過程的實現(xiàn)可逆過程的實現(xiàn)準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程 + 無耗散效應無耗散效應 = 可逆過程可逆過程無不平衡勢差無不平衡勢差通過摩擦等使功變熱的效應通過摩擦等使功變熱的效應(如：摩阻，電如：摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）阻，非彈性變性，磁阻等）第三節(jié)第三節(jié) 熱力過程熱力過程可逆過程一定是準靜態(tài)過程可逆過程一定是準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程不一定是可逆過程準靜態(tài)過程不一定是可逆過程不可逆根源：不可逆根源：不平衡勢差、耗散效應不平衡勢差、耗散效應準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程Dissipative effect引入可逆過程的意義引入可逆過程的

26、意義 準靜態(tài)過程是實際過程的準靜態(tài)過程是實際過程的理想化理想化過程，過程， 但并非但并非最優(yōu)最優(yōu)過程，可逆過程是過程，可逆過程是最優(yōu)最優(yōu)過程。過程。 可逆過程的功與熱可逆過程的功與熱完全完全可用可用系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)工質(zhì) 的的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)表達，可不考慮系統(tǒng)與外界表達，可不考慮系統(tǒng)與外界 的復雜關(guān)系，易分析。的復雜關(guān)系，易分析。 實際過程不是可逆過程，但為了研究方實際過程不是可逆過程，但為了研究方 便，先按便，先按理想理想情況（情況（可逆過程可逆過程）處理，）處理， 用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆 因素加以因素加以修正。修正。第三節(jié)第三節(jié) 熱力過程熱力過程

27、例例1 1：有人說，不可逆過程是無法恢復有人說，不可逆過程是無法恢復到初始狀態(tài)的過程，這種說法對嗎？到初始狀態(tài)的過程，這種說法對嗎？不對。關(guān)鍵看是否引起外界變化。不對。關(guān)鍵看是否引起外界變化。可逆過程指若系統(tǒng)回到初態(tài)，外界可逆過程指若系統(tǒng)回到初態(tài)，外界同時恢復到初態(tài)。同時恢復到初態(tài)。可逆過程并不是指系統(tǒng)必須回到初可逆過程并不是指系統(tǒng)必須回到初態(tài)的過程。態(tài)的過程。答：答：例例2： 溫度為溫度為100的熱源，非常緩慢地的熱源，非常緩慢地把熱量加給處于平衡狀態(tài)下的把熱量加給處于平衡狀態(tài)下的0的冰水的冰水混合物，試問：混合物，試問：1）冰水混合物經(jīng)歷的是）冰水混合物經(jīng)歷的是準靜態(tài)過程嗎？準靜態(tài)過程嗎？

28、2）加熱過程是否可逆？）加熱過程是否可逆？以冰水混合物為熱力系統(tǒng)以冰水混合物為熱力系統(tǒng)外部溫差傳熱外部溫差傳熱不可逆不可逆答：答：非常緩慢非常緩慢冰水混合物各處冰水混合物各處的溫度隨時平衡的溫度隨時平衡準靜態(tài)準靜態(tài)例例3：蒸汽流經(jīng)減壓閥進入汽輪機，蒸汽流經(jīng)減壓閥進入汽輪機，該過程是否可逆？該過程是否可逆？典型的典型的不可逆過程。不可逆過程。答：答：因有漩渦（摩擦），產(chǎn)生因有漩渦（摩擦），產(chǎn)生耗散耗散電或重物電或重物例例4：電或重物帶動攪拌器加熱容器中電或重物帶動攪拌器加熱容器中氣體，氣體，該過程是否可逆？該過程是否可逆？電功電功熱熱機械功機械功熱熱耗散耗散不可逆不可逆答：答：準靜態(tài)過程和可逆過

29、程的概念及之準靜態(tài)過程和可逆過程的概念及之間的聯(lián)系間的聯(lián)系引入準靜態(tài)過程和可逆過程的必要引入準靜態(tài)過程和可逆過程的必要性，以及它們在實際應用時的條件。性，以及它們在實際應用時的條件。 課堂總結(jié)課堂總結(jié)課后練習課后練習判斷下列過程是否為可逆過程：判斷下列過程是否為可逆過程：1)對剛性容器內(nèi)的水加熱使其在恒溫下蒸發(fā)。對剛性容器內(nèi)的水加熱使其在恒溫下蒸發(fā)。2)對剛性容器內(nèi)的水作功使其在恒溫下蒸發(fā)。對剛性容器內(nèi)的水作功使其在恒溫下蒸發(fā)。3)對剛性容器中的空氣緩慢加熱使其從對剛性容器中的空氣緩慢加熱使其從50升溫到升溫到1004)一定質(zhì)量的空氣在無摩擦、不導熱的氣缸一定質(zhì)量的空氣在無摩擦、不導熱的氣缸和

30、活塞中被慢慢壓縮和活塞中被慢慢壓縮5)100的蒸汽流與的蒸汽流與25的水流絕熱混合。的水流絕熱混合。6)鍋爐中的水蒸汽定壓發(fā)生過程（溫度、鍋爐中的水蒸汽定壓發(fā)生過程（溫度、壓力保持不變）。壓力保持不變）。7)高壓氣體突然膨脹至低壓。高壓氣體突然膨脹至低壓。8)摩托車發(fā)動機氣缸中的熱燃氣隨活塞迅摩托車發(fā)動機氣缸中的熱燃氣隨活塞迅速移動而膨脹。速移動而膨脹。9)氣缸中充有水，水上面有無摩擦的活塞，氣缸中充有水，水上面有無摩擦的活塞，緩慢地對水加熱使之蒸發(fā)。緩慢地對水加熱使之蒸發(fā)。第四節(jié)第四節(jié) 功和熱量功和熱量1 1、力學定義、力學定義: : 力力 在力方向上的在力方向上的位移位移2、熱力學定義、熱

31、力學定義I熱力學定義熱力學定義II一、功一、功Work第四節(jié)第四節(jié) 功量和熱量功量和熱量功的熱力學定義功的熱力學定義I 當熱力系統(tǒng)與外界發(fā)生能量傳遞時，當熱力系統(tǒng)與外界發(fā)生能量傳遞時，如果對外界的如果對外界的唯一效果可歸結(jié)為提起重物唯一效果可歸結(jié)為提起重物，即為熱力系對外作功。即為熱力系對外作功。功的熱力學定義功的熱力學定義II 功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在式，在力力的推動下，通過的推動下，通過有序運動有序運動方式方式傳遞的能量傳遞的能量。功功是傳遞過程傳遞過程中能量的一種形式3、功的表達式、功的表達式wFdxwFdx功功的一般表達式的一般表達式熱力學最常

32、見的功熱力學最常見的功 容積功容積功 第四節(jié)第四節(jié) 功量和熱量功量和熱量單位為單位為 kJ 或或 kJ/kgWw容積功容積功Moving Boundary Work 在熱力學中，把工質(zhì)在熱力過程中由于在熱力學中，把工質(zhì)在熱力過程中由于容積的改變，系統(tǒng)與外界交換的能量稱為容積容積的改變，系統(tǒng)與外界交換的能量稱為容積功功 。膨脹功膨脹功expansion work壓縮功壓縮功compression work是指工質(zhì)容積增大而使系統(tǒng)與外是指工質(zhì)容積增大而使系統(tǒng)與外界交換的能量界交換的能量是指由于工質(zhì)容積減小而使系是指由于工質(zhì)容積減小而使系統(tǒng)與外界交換的能量。統(tǒng)與外界交換的能量。容積功容積功pp外外f初始：初始：p A = p外外 A + +