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邊界surroundingsboundary邊界特性真實、虛構(gòu)固定、活動fixed、movablereal

、imaginary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)非孤立系孤立系吸壓爆排內(nèi)燃機工作原理圖TypesofSystem開口系絕熱系孤立系ClosedsystemControlmassIsolatedsystemOpensystemControlvolume閉口系A(chǔ)diabaticsystem熱力系統(tǒng)其它分類方式

其它分類方式物理化學(xué)性質(zhì)

均勻系

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

簡單可壓縮系統(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)變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學(xué)上：點函數(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

（容易測量）1、壓力

p(pressure)（絕對壓力）

物理中壓強，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測量絕對壓力與環(huán)境壓力的相對值

——相對壓力注意：只有絕對壓力p

才是狀態(tài)參數(shù)絕對壓力與相對壓力當(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大氣壓隨時間、地點變化物理大氣壓

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高精度測量：活塞壓力計

pistonmanometer工業(yè)或一般科研測量：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，導(dǎo)熱，熱容量微觀：大量基本微粒作無規(guī)則熱運動的激烈程度

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年核磁共振法對氟化鋰晶體的實驗發(fā)現(xiàn)負的開爾文溫度3)

T=0

0.5mw

2=0

分子一切運動停止，零點能溫度的熱力學(xué)定義

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。

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

Scale溫標(biāo)

TemperaturescaleReferencestate溫標(biāo)Temperaturescale熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對溫標(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冰熔點水三相點鹽水熔點發(fā)燒水沸點559.67溫標(biāo)的換算TemperatureMeasurementDevices日常：水銀溫度計，酒精溫度計，

thermometer工業(yè)：熱電偶Thermocouple

熱電阻Resistancetemperaturedetector

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

p、溫度T、比容v

（容易測量）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（重力場除外），如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化，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)各部分間沒有相對位移1、不平衡狀態(tài)，在無外界影響的條件下會自發(fā)的趨于平衡。2、平衡狀態(tài)，不會自發(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)不去研究因為不平衡狀態(tài)無法用狀態(tài)參數(shù)來表示，故無法研究?！?-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)？狀態(tài)公理Statepostulate閉口系：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、表面張力功等不平衡勢差狀態(tài)變化能量傳遞消除一種

達到某一

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