工程熱力學(xué)：2-基本概念1

1、Basic Conceptions第一章 基本概念2第一章 基本概念及定義1-2. 熱力系統(tǒng)1-3. 工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4. 平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式和坐標(biāo)圖1-5. 工質(zhì)的狀態(tài)變化過程1-7. 熱力循環(huán)1-6. 熱量和功1-1. 研究對(duì)象的模型化31-1. 研究對(duì)象的模型化模型： 根據(jù)需要，對(duì)研究的對(duì)象合理近似或抽象。模型化是科學(xué)研究的第一步也是最重要的一步4系統(tǒng)（熱力系統(tǒng)，thermodynamic system, system ）外界（環(huán)境，surrounding ）邊界（ boundary ）系統(tǒng)與外界的分界域人為分離出來，作為研究對(duì)象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。系統(tǒng)之外的一切物質(zhì)系

2、統(tǒng)邊界外界1-2.熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）5外界實(shí)際指對(duì)系統(tǒng)有顯著影響的物質(zhì)系統(tǒng)系統(tǒng)、外界、邊界的說明 ”有限物質(zhì)” 指宏觀系統(tǒng)，不適于微觀和宇觀世界。取氣體為系統(tǒng)實(shí)體物質(zhì)蒸汽：幾何區(qū)域場(chǎng)取蒸汽通過的幾何區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)系統(tǒng) 6系統(tǒng)、外界、邊界的說明取氣體不包括重力場(chǎng)為系統(tǒng)的邊界 系統(tǒng)只能通過邊界與外界發(fā)生相互作用。取氣體包括重力場(chǎng)為系統(tǒng)的邊界幾何面幾何體邊界熱力學(xué)中系統(tǒng)與外界的相互作用包括交換質(zhì)量和交換能量?jī)煞N形式7系統(tǒng)、外界、邊界的說明渦輪蒸汽：虛擬變形虛擬固定剛性移動(dòng)剛性固定邊界可以剛性或變形固定或移動(dòng)實(shí)際或虛擬 8閉口系（控制質(zhì)量, closed system）1-2. 熱力系統(tǒng)開口系

3、（控制體積, open system） 與外界無質(zhì)量交換閉口系： 與外界有質(zhì)量交換 無質(zhì)量交換可能量交換開口系：9孤立系（isolated system）1-2.熱力系統(tǒng) 與外界既質(zhì)量交換也無能量交換 無質(zhì)量、能量交換孤立系：孤立系：開口系：外界 無質(zhì)量、能量交換系統(tǒng)與外界構(gòu)成孤立系無熱量交換絕熱系絕熱系： 1剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，B側(cè)設(shè)有電熱絲 紅線內(nèi)閉口絕熱系黃線內(nèi)不包含電熱絲閉口系黃線內(nèi)包含電熱絲閉口絕熱系蘭線內(nèi)孤立系熱力系示例閉口系2剛性絕熱噴管取紅線為系統(tǒng)取噴管為系統(tǒng)開口系絕熱系?12微觀態(tài)：系統(tǒng)由大量（N個(gè)）作不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)粒子構(gòu)成，6 N個(gè)粒子的位置與速度坐標(biāo)構(gòu)成系統(tǒng)的微觀狀態(tài)量

4、。微觀狀態(tài)量確定的狀態(tài)稱系統(tǒng)的微觀態(tài)。狀態(tài)：由狀態(tài)量取確定值描述的系統(tǒng)宏觀狀況狀態(tài)量（狀態(tài)參數(shù)）：描述系統(tǒng)宏觀特征的可測(cè)（直接或間接）物理量（密度、壓力、溫度、體積、能量等）。狀態(tài)是狀態(tài)參數(shù)的“單值函數(shù)”，與達(dá)到狀態(tài)路徑無關(guān)1-3. 工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)13狀態(tài)與達(dá)到狀態(tài)路徑無關(guān)狀態(tài)1=狀態(tài)2=狀態(tài)3秋天夏天冬天溫度 T（Temperature）六個(gè)主要狀態(tài)參數(shù)焓 H（Enthalpy）比體積 v（Specific volum）壓力 p（Pressure）內(nèi)能 U（Internal energy）熵 S（Entropy）基本狀態(tài)參數(shù)：可直接測(cè)量，使用最多強(qiáng)度量廣延量基本狀態(tài)

5、參數(shù)密度強(qiáng)度量與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù)強(qiáng)度量：均勻非均勻 無可加性點(diǎn)的強(qiáng)度量為宏觀無限小微觀無窮大體積內(nèi)微觀粒子的統(tǒng)計(jì)平均量。宏觀上系統(tǒng)可視為無窮多點(diǎn)連續(xù)分布組成的連續(xù)介質(zhì)。連續(xù)介質(zhì)模型均勻系非均勻廣延量與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)，有可加性定義比參數(shù)比參數(shù)是強(qiáng)度量密度的量測(cè)與化學(xué)平衡A(Air)B(NO2)化學(xué)平衡態(tài)擴(kuò)散若孤立系密度的量測(cè)與相平衡相平衡態(tài)時(shí)方可求密度孤立系H2O(液)_BH2O(汽)_A壓力的測(cè)量與力平衡液體密度假定常量氣壓假定不隨高度變表壓力表壓力力平衡態(tài)絕對(duì)壓力環(huán)境壓力環(huán)境壓力壓力即為物理學(xué)的壓強(qiáng)壓力 (pressure)環(huán)境壓力（surround absolute pressure

6、)絕對(duì)壓力 (absolute pressure)表壓力 (gauge pressure)真空度（ vacuum pressure)表壓力 ,真空度為壓力計(jì)讀數(shù)均為正數(shù)環(huán)境壓力常為大氣壓（隨時(shí)間、地點(diǎn)變化。）壓力 的單位常用單位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 kPa = 103 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 at =10 mH2o = 9.80665104 Pa物理中壓力單位: Pa , N/m2環(huán)境壓力不一定為大氣壓加壓壓力罐壓力室壓力表溫度的量測(cè)與熱平衡氣體溫度計(jì) 孤立系溫泡剛性透熱壁測(cè)溫物理量pc不再變化絕熱壁

7、熱平衡熱接觸溫度的熱力學(xué)定義溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡態(tài)的物理量處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)溫度相等 絕熱壁剛性透熱壁熱接觸的兩個(gè)系統(tǒng)的測(cè)溫物理量不再變化時(shí)，系統(tǒng)處于熱平衡態(tài)。熱力學(xué)第零定律（1931，F(xiàn)owler 美國） 透熱壁兩個(gè)系統(tǒng)（A)(B）分別與第三個(gè)系統(tǒng)(C)處于熱平衡，則這兩個(gè)系統(tǒng)彼此也必然處于熱平衡 絕熱壁？原電池原理銅棒和鋅棒分別與硫酸處于靜電平衡，但銅棒和鋅棒并不靜電平衡鋅棒銅棒稀硫酸溶液1889年9月20日，第一屆國際計(jì)量大會(huì)根據(jù)瑞士制造的米原器，給 “米”的定義是：“0時(shí)，巴黎國際計(jì)量局的截面為X形的鉑銥合金尺兩端刻線記號(hào)間的距離” 1983年第17屆國際計(jì)量大

8、會(huì)將“米”定義為：“米是光在真空中1299792458秒時(shí)間隔內(nèi)行程的長(zhǎng)度”存放于法國巴黎的由鉑銥合金制成的國際千克原器為“千克”的標(biāo)準(zhǔn)。溫標(biāo)溫度數(shù)值化的標(biāo)準(zhǔn)人為規(guī)定數(shù)值溫標(biāo)的要素：測(cè)溫物質(zhì) （水銀，鉑電阻）測(cè)溫基準(zhǔn)點(diǎn)（冰點(diǎn)、沸點(diǎn)、三相點(diǎn)） 測(cè)溫物理量（液柱高，阻值）測(cè)溫函數(shù) （線性、非線性）人為規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)具有：人為性、唯一性，穩(wěn)定性經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)測(cè)溫物質(zhì) （水銀）水冰點(diǎn)測(cè)溫物理量（液柱高 z）測(cè)溫函數(shù) （線性）-273.15 0Celsius: 0100 水銀溫度計(jì)的標(biāo)定：沸點(diǎn)測(cè)溫基準(zhǔn)點(diǎn)沸點(diǎn)100冰點(diǎn)依賴測(cè)溫物質(zhì)理想氣體溫標(biāo)測(cè)溫物質(zhì) （氫氣或氦)水三相點(diǎn)測(cè)溫物理量（p）測(cè)溫函數(shù) （線性）273.16

9、K定容溫度計(jì)的標(biāo)定：測(cè)溫基準(zhǔn)點(diǎn)溫泡三相點(diǎn)溫度的選擇p攝氏溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo)水冰點(diǎn)沸點(diǎn)0K273.16K三相點(diǎn)取由取攝氏理想理想氣體溫標(biāo)與容器氣體質(zhì)量有關(guān)與氣體種類無關(guān)，但只能在氣態(tài)范圍有效與氣體種類有關(guān)熱力學(xué)（絕對(duì)）溫標(biāo)（ K ）R：可逆卡諾熱機(jī)；Q0、Q 為 R 工作過程中與 T熱、T0 交換的熱量；T熱、T0 ：兩個(gè)熱源溫度熱力學(xué)溫標(biāo)不依賴測(cè)溫物質(zhì)，恒大于零，但無法實(shí)施，可證在理想氣體測(cè)溫范圍內(nèi)兩者一致RR熱力學(xué)溫標(biāo)等于理想氣體溫標(biāo) 可以證明(第五章)在理想氣體溫標(biāo)測(cè)溫范圍內(nèi)熱力學(xué)溫標(biāo)等于理想氣體溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)（）絕對(duì)K攝氏 100373.150.01273.160273.15-273.1

10、5冰點(diǎn)沸點(diǎn)規(guī)定攝氏溫標(biāo) 國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定用氣體溫計(jì)測(cè)出一系列固定平衡點(diǎn)（如金凝固點(diǎn)），在這些點(diǎn)之間用規(guī)定的基準(zhǔn)儀器和相應(yīng)的內(nèi)插和外推公式測(cè)溫使之盡可能接近熱力學(xué)溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)和朗肯溫標(biāo)（自學(xué)）三相點(diǎn)國際實(shí)用溫標(biāo)（1990）線性溫標(biāo)的換算要點(diǎn)：測(cè)溫變量相同任意點(diǎn)與固定點(diǎn)測(cè)溫變量溫標(biāo)1任意點(diǎn)與固定點(diǎn)讀數(shù)溫標(biāo)2任意點(diǎn)與固定點(diǎn)讀數(shù)水三相點(diǎn)是指純水的氣、液、固三相平衡共存的狀態(tài)，它有唯一一確定的飽和蒸汽壓強(qiáng)（0.6113kPa）冰39問題1。 海洋蘊(yùn)藏巨大能量，可否作為能源?4。熱機(jī)運(yùn)行一般包括哪幾大部件？5。外燃機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的主要區(qū)別是什么 ？3。 從工程應(yīng)用角度看，熱力學(xué)有幾大定律？2。工程熱力學(xué)研究方法屬宏觀法還是微觀法?40判斷正誤1.外界實(shí)際指對(duì)系統(tǒng)有影響的物質(zhì)2.質(zhì)量保持恒定的系統(tǒng)是閉口系5.比體積是廣延量6.環(huán)境壓力指外界大氣壓3.開口系一定是非絕熱系4.只有平衡態(tài)下才能定義狀態(tài)量41判斷正誤1.熱力學(xué)第零定律表明溫度可作為判別熱平衡的狀態(tài)量2.溫度基準(zhǔn)點(diǎn)與測(cè)溫函