第一章 基本概念和基本定律

第一章基本概念和基本定律第1頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章熱能轉(zhuǎn)換物質(zhì)的熱力性和熱力過程

一理想氣體1、宏觀定義若基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T滿足方程這樣的氣體稱為理想氣體。2、微觀定義假定：(1)氣體分子是些彈性的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)；(2)氣體分子間沒有相互作用力。理想氣體是一種實(shí)際上不存在的假想氣體，它是壓力趨近于零，比體積趨近近于無(wú)窮大時(shí)的極限狀態(tài)。但工程中很多氣體遠(yuǎn)離液態(tài)時(shí)，接近于理想氣體的假設(shè)條件。第一節(jié)理想氣體的熱力性質(zhì)第2頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二理想氣體狀態(tài)方程根據(jù)理想氣體宏觀定義:令常數(shù)為Rg單位：p－Pa；v－m3/kg;T－K;Rg－J/(kg.K)Rg為氣體常數(shù)，它與氣體的種類有關(guān)，常用氣體的氣體常數(shù)請(qǐng)看p250附錄A-2若物質(zhì)的質(zhì)量m以kg為單位，物質(zhì)的量n以mol為單位，用M表示物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，則1mol氣體的體積以Vm表示，第3頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)式（3－2）兩邊同乘以M得對(duì)于各種氣體的氣體常數(shù)的所以MRg與物質(zhì)的種類無(wú)關(guān)。（也與狀態(tài)無(wú)關(guān)）令R＝MRg，

R稱為摩爾氣體常數(shù)。取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)參數(shù)得由于1摩爾的任何氣體在壓力p,溫度T的狀態(tài)下的摩爾體積相等。第4頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體狀態(tài)方程可有以下四種形式：第5頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三理想氣體的比熱容1、比熱容的定義物體升高1K所需的熱量稱為熱容，以C表示，1kg物質(zhì)升高1K所需的熱量稱為比熱容，單位J／(kg.K),以c表示，1mol物質(zhì)的比熱容稱為摩爾熱容，單位J／(mol.K)，符號(hào)為Cm比熱c應(yīng)與過程有關(guān)，不同的過程比熱容不同。工程中常用的有比定容比熱容和比定壓比熱容。第6頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、理想氣體的定壓比熱容和定容比熱容應(yīng)用第一定律，并假定過程可逆則有：熱力學(xué)能包含內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)位能。對(duì)于理想氣體其分子間無(wú)作用力，所理想氣體的熱力學(xué)能只含有內(nèi)動(dòng)能，而內(nèi)動(dòng)能只于溫度有關(guān)，所以理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù),即u=u(T),而h=u+pv＝u+RgT,所以理想氣體的焓也是溫度的單位函數(shù)，即h=h(T).第7頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、理相氣體定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系即：上式乘摩爾質(zhì)量M，則有：式（3－16）和（3－16a）稱為邁耶公式。(1)、邁耶公式*(2)、比熱容比第8頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、理想氣體比熱容的計(jì)算(1)、真實(shí)比熱容附錄A-3(p250)中給出了真實(shí)摩爾定壓比熱容的無(wú)量綱四次方經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。第9頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)、平均比熱容表對(duì)于一個(gè)定壓過程，如果要計(jì)算過程的吸熱量，則稱為平均定壓比熱容。第10頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)、平均比熱容直線關(guān)系

上式稱為比熱容的線性關(guān)系。附錄A-5p252給出了一些常用氣體的平均比熱容直線關(guān)系式。第11頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、定值比熱容

由分子運(yùn)動(dòng)論也可導(dǎo)出1mol理想氣體的熱力學(xué)能由些得出理想氣體的摩爾定容比熱容，定壓比熱容的比熱容比。第12頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月i是分子運(yùn)動(dòng)的自由度，單原子i＝3，雙原子i＝5，多原子取i＝71.291.401.67多原子氣體（i＝7）雙原子氣體（i＝5）單原子氣體（i＝3）理想氣體定值摩熱容和比熱容比［R＝8.3143J／(mol.K)]第13頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵由上式可得1、熱力學(xué)能與焓當(dāng)比熱容取定值時(shí)若取0K作為零點(diǎn)則第14頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、狀態(tài)參數(shù)熵熵的定義式為（以后要證明）下標(biāo)rev表示可逆，可逆時(shí)有當(dāng)比熱容取定值時(shí)(不講變比熱容熵差計(jì)算)第15頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五理想氣體混合物1、理想氣體的分壓力定律及分容積律p1、p2、p3稱為分壓力，并有上式稱為道爾頓分壓力定律。由質(zhì)量守恒得：狀態(tài)方程(1)、分壓力定律第16頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)、理想氣體的分容積定律V1、V2、V3稱為分容積，并有上式稱為亞美格分容積定律。質(zhì)量守恒狀態(tài)方程第17頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、混合物的成分(1)質(zhì)量成分(2)摩爾成分(3)容積成分由式（b)、(d)及(f)可得：第18頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、混合氣體的折合摩爾質(zhì)量和折合氣體常數(shù)由式（f）可知，理想氣體混合物也滿足狀態(tài)方式pV=nRT。對(duì)于理想氣體混合物仿照純質(zhì)理想氣體得到下式Meq稱為混合氣體的折合摩爾質(zhì)量。由摩爾成分的定義可得：折合氣體常數(shù)Rg,eq式（a)或式（c）求得折合氣體常數(shù)Rg,eq可寫成第19頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、理想氣體混合物的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵1kg混合物吸收的熱量應(yīng)等于各組分吸收熱量之和，即定壓比熱容和定容比熱容可寫成：根據(jù)比熱容的定義式得(1)、比熱容混合氣體吸收的總熱量第20頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)、熱力學(xué)能和焓第21頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)、混合氣體的熵第22頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月請(qǐng)看思考題第23頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)理想氣體的熱力過程一研究熱力過程的目的及一般方法1、目的2、一般方法(1)、對(duì)實(shí)際熱力過程進(jìn)行分析，將各種過程近似地概括為幾種典型過程，即定容、定壓、定溫和絕熱過程。為使問題，暫不考慮實(shí)際過程中的不可逆的耗損而作為可逆過程。

揭示過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律以及能量轉(zhuǎn)換情況，進(jìn)而找出影響轉(zhuǎn)化的主要因素。(2)、用簡(jiǎn)單的熱力學(xué)方法對(duì)四種基本熱力過程進(jìn)行分析計(jì)算。(3)、考慮不可逆耗損再借助一些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行修正。第24頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本章分析理想氣體熱力過程的具體方法1)、根據(jù)過程特點(diǎn)確定過程方程式，得到p=f(v).2)、用過程方程和狀態(tài)方程，計(jì)算初、終態(tài)參數(shù)。3)、在p-v、T-s圖上畫出過程曲線。4)、確定工質(zhì)的初、終態(tài)比熱學(xué)能、比焓、比熵的變化。5)、計(jì)算過程中膨脹功、技術(shù)功和過程熱量。本節(jié)研究理想氣體的可逆過程。第25頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二四個(gè)基本熱力過程分析1、定容過程(1)、過程方程(2)、初、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系(3)、在p-v、T-s圖第26頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)、初、終態(tài)熱學(xué)能、比焓、比熵的變化(5)、膨脹功、技術(shù)功和熱量第27頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、定壓過程(1)、過程方程(2)、初、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系(3)、在p-v、T-s圖第28頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)、初、終態(tài)熱學(xué)能、比焓、比熵的變化(5)、膨脹功、技術(shù)功和熱量第29頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、定溫過程(1)、過程方程(2)、初、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系(3)、在p-v、T-s圖第30頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)、初、終態(tài)熱學(xué)能、比焓、比熵的變化(5)、膨脹功、技術(shù)功和熱量第31頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、定熵過程定熵過程＝絕熱過程+可逆過程對(duì)于理想氣體可逆絕熱過程（定熵過程），由第一定律得：第32頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月令κ＝γ，κ稱為過程指數(shù)。定熵過程的過程指數(shù)等于比熱比。對(duì)于一般氣體的可逆絕熱過程（定熵過程）有(1)、定熵過程方程(2)、初、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系第33頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)、在p-v、T-s圖第34頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)、初、終態(tài)熱學(xué)能、比焓、比熵的變化(5)、膨脹功、技術(shù)功和熱量對(duì)于可逆過程，還可得：第35頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月技術(shù)功對(duì)于可逆過程，可得：第36頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三多變過程分析1、多變過程方程2、初、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系第37頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、初、終態(tài)熱學(xué)能、比焓、比熵的變化4、膨脹功、技術(shù)功和熱量第38頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月技術(shù)功第39頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過程熱量cn稱為多過程的比熱容第40頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、在p-v、T-s圖多變過程方程式為pvn=常數(shù)，這里n為變量，n取不同的可得到不同的過程。當(dāng)n＝0時(shí)，p＝常數(shù)，則為定壓過程當(dāng)n＝1時(shí)，pv＝常數(shù)，則為定溫過程當(dāng)n＝κ時(shí)，pvκ＝常數(shù)，則為定熵過程當(dāng)n＝∞時(shí)，v＝常數(shù)，則為定容過程因此，把多變過程表示在p-v圖上時(shí)，要選畫出四個(gè)基本熱力過程，然后再根據(jù)n值的大小畫出相應(yīng)的多變過程。第41頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四個(gè)基本熱力過程第42頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多變過程在p-v、T-s圖上用Δ

T的正負(fù)判斷Δu、Δh的正負(fù)，

用Δs正負(fù)判斷q的正負(fù)；用Δv的正負(fù)判斷w的正負(fù)。第43頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱力過程計(jì)算公式表第44頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第45頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月請(qǐng)看思考題第46頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)水蒸氣一水蒸氣的定壓發(fā)生過程第47頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五個(gè)狀態(tài)a點(diǎn):過冷和水(未飽和液體)b點(diǎn):飽和水(液體)c點(diǎn):濕飽和蒸氣d點(diǎn):干飽和蒸氣e點(diǎn):過熱蒸氣(過熱度Δt=t–ts)兩條線飽和液體線A－Ｃ飽和氣體線Ｂ－Ｃ臨界點(diǎn)Ｃ(一個(gè)點(diǎn))pcr=22.064MPaTcr=647.14Kvcr=0.003106m3/kg一點(diǎn)、兩線、三區(qū)、五個(gè)狀態(tài)三相線第48頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)pcr=22.064MPaTcr=647.14Kvcr=0.003106m3/kg1、臨界點(diǎn)參數(shù)2、三相點(diǎn)參數(shù)3、零點(diǎn)的規(guī)定ttp=0.01℃ptp=611.659Pa

以水的三相點(diǎn)狀態(tài)下的飽和液體為基準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定：第49頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月飽和壓力與飽和溫度飽和壓力ps與飽和溫度ts一一對(duì)應(yīng)，即ps=f(ts)稱為蒸氣壓方程臨界現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)裝置第50頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月降溫法測(cè)量現(xiàn)象第51頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

物質(zhì)的相圖(p)第52頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第53頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三水和水蒸氣的表和圖1、水和水蒸氣表(1)、飽和水與飽和蒸汽熱力性質(zhì)表表在飽和線上，只有一個(gè)獨(dú)立變量，可以飽和溫度或飽和壓力為自變量來(lái)設(shè)計(jì)表格。這樣就有兩種形式的飽和水與飽和蒸汽熱力性質(zhì)表。飽和液體的參數(shù)用'

表示；飽和氣體的參數(shù)用"

表示。第54頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）飽和水與飽和蒸汽表（以溫度排列）第55頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）飽和水與飽和蒸汽表（以壓力排列）第56頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在濕飽和蒸氣區(qū),定義干度xmg飽和蒸氣的質(zhì)量,mv飽和水的質(zhì)量濕飽和蒸氣的狀態(tài)參數(shù)為:第57頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)、未飽和水與過熱蒸汽熱力性質(zhì)表表在未飽和區(qū)和過熱區(qū)，有兩個(gè)獨(dú)立變量，可以溫度和壓力為自變量來(lái)設(shè)計(jì)表格。第58頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第59頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第60頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、水蒸氣的圖(1)p--v圖(定性分析)(2)T--s圖(定性分析)三相線等壓線第61頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)h--s圖(定量分析)hsx=1tpxx=0v第62頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本方程可逆過程四水蒸氣基本熱力過程1、定容過程2、定壓過程3、定溫過程4、定熵過程第63頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)濕空氣濕空氣:干空氣:干空氣+水蒸氣氧氣+氮?dú)?/p>

濕空氣可作為理想氣體混合物，所以，它具有理想氣體混合物的所有特性。如：狀態(tài)方程；分壓力；各種成分表示方法等。第64頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一濕空氣的狀態(tài)參數(shù)

1、溫度：t,T2、壓力：總壓力：p,干空氣的分壓力pa

，水蒸氣的分壓力pvp=pa+pv飽和濕空氣:濕空氣中的水蒸氣處于飽和狀態(tài).ρs未飽和濕空氣:濕空氣中的水蒸氣處于過熱狀態(tài).ρvρv<ρs=ρ"vv>vs=v"第65頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第66頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、露點(diǎn)溫度水蒸氣分壓力下的飽和溫度稱為濕空氣的露點(diǎn)溫度。td=f(pv)第67頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、相對(duì)濕度濕空氣的絕對(duì)濕度定義為：ρv同一溫度