第一章　基本概念

第一章基本概念本章基本要求了解幾種典型熱力系統(tǒng)的工作原理掌握工程熱力學(xué)中一些基本術(shù)語(yǔ)和概念：熱力系統(tǒng)、平衡態(tài)、準(zhǔn)平衡過(guò)程、可逆過(guò)程等。掌握狀態(tài)參數(shù)的特征，基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T的定義和單位等。掌握熱量和功量這些過(guò)程量的特征，并會(huì)用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)對(duì)可逆過(guò)程的熱量、功量進(jìn)行計(jì)算。了解工程熱力學(xué)分析問(wèn)題的特點(diǎn)、方法和步驟。1-1熱能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程熱能動(dòng)力裝置

熱能動(dòng)力裝置分為兩大類(lèi)：

燃?xì)鈩?dòng)力裝置（內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)）蒸汽動(dòng)力裝置（蒸汽輪機(jī)）熱能機(jī)械能化學(xué)能從燃料燃燒中得到熱能，并利用熱能得到動(dòng)力的設(shè)備。內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程

內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)）吸氣燃燒、膨脹壓縮排氣燃?xì)鉄崮軝C(jī)械能燃料化學(xué)能排入大氣能量轉(zhuǎn)換：航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程

燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)鉄崮軝C(jī)械能燃料化學(xué)能排入大氣能量轉(zhuǎn)換：吸氣燃燒、膨脹壓縮排氣7

蒸汽輪機(jī)燃料在鍋爐中燃燒，加熱水，變?yōu)檎羝?，并過(guò)熱，化學(xué)能轉(zhuǎn)為熱能高溫高壓蒸汽膨脹推動(dòng)汽輪機(jī)作功（機(jī)械能）作功后的乏汽進(jìn)入冷凝器，冷凝成水，并由泵送入鍋爐加熱熱力發(fā)電站工作過(guò)程

不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)、工作特性不同存在媒介物質(zhì)獲得能量（如內(nèi)燃機(jī)中混合氣，蒸汽輪機(jī)中的水）存在能提供熱能的熱量源；余下的熱能排向環(huán)境介質(zhì)

相同點(diǎn)：

結(jié)論

各種熱機(jī)都存在以下相同的熱力過(guò)程：吸熱、膨脹作功和排熱兩類(lèi)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的對(duì)比工質(zhì)：

實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。熱源（高溫?zé)嵩矗?/p>

工質(zhì)從中吸取熱能的物系。冷源（低溫?zé)嵩矗?/p>

接受工質(zhì)排出熱能的物系。

工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而作功，并把余下部分傳給低溫?zé)嵩?。熱能?dòng)力裝置的工作過(guò)程熱源冷源熱機(jī)作功吸熱放熱1-2熱力系統(tǒng)為了研究問(wèn)題方便，熱力學(xué)通常選取一定的工質(zhì)或空間作為研究對(duì)象，稱(chēng)為熱力系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)的定義系統(tǒng)完全由研究者自己來(lái)設(shè)定。我的系統(tǒng)，聽(tīng)我的！熱力系統(tǒng)的定義外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)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(guò)邊界

界面可以是真實(shí)的，也可以是虛擬的；可以是固定的，也可是移動(dòng)的；可以是規(guī)則邊界，也可以不規(guī)則曲面圍成。熱力系統(tǒng)的定義熱力系統(tǒng)的定義思考

系統(tǒng)和外界通過(guò)邊界會(huì)有哪些相互作用？熱力系統(tǒng)的分類(lèi)根據(jù)系統(tǒng)與外界物質(zhì)交換、熱量交換的情況開(kāi)口系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，系統(tǒng)被劃定在一定容積范圍內(nèi)，也稱(chēng)控制容積（controlvolume)閉口系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界無(wú)物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量恒定不變，也稱(chēng)控制質(zhì)量(Controlmass)

絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界無(wú)熱量交換(adiabaticsystem)孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既無(wú)能量交換，也無(wú)物質(zhì)交換(isolatedsystem)以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：

有無(wú)是否傳質(zhì)開(kāi)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)非孤立系孤立系熱力系統(tǒng)的分類(lèi)閉口系統(tǒng)是指系統(tǒng)本身質(zhì)量不改變的系統(tǒng)。

開(kāi)口系統(tǒng)的質(zhì)量一定會(huì)發(fā)生改變。

孤立系統(tǒng)的質(zhì)量不可能發(fā)生改變。

閉口絕熱系統(tǒng)的溫度不可能改變。例題非非是非簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)

簡(jiǎn)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1-3工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)在熱力變化過(guò)程中某一瞬間呈現(xiàn)出來(lái)的宏觀物理狀況稱(chēng)為熱力學(xué)狀態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：

描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量。如溫度、壓力等。熱力學(xué)狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)

狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)

系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的全部或一部分發(fā)生變化，即表明物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生變化。物質(zhì)的狀態(tài)變化也必然可由參數(shù)的變化標(biāo)志出來(lái)。狀態(tài)參數(shù)一旦確定，工質(zhì)的狀態(tài)也完全確定。因而狀態(tài)參數(shù)是熱力系統(tǒng)的單值函數(shù)，其值只取決于初終態(tài)，與過(guò)程無(wú)關(guān)。狀態(tài)參數(shù)的特征：1、單值性：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)的變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的積分特征狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學(xué)上：點(diǎn)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)狀態(tài)參數(shù)是點(diǎn)函數(shù)，其微分是全微分充要條件：可判斷是否是狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)：壓力、溫度、比體積不可測(cè)參數(shù)：熱力學(xué)能、焓、熵等復(fù)合參數(shù)：吉布斯函數(shù)、亥姆霍茲函數(shù)

狀態(tài)參數(shù)強(qiáng)度量：與系統(tǒng)質(zhì)量無(wú)關(guān)，如P、T。強(qiáng)度量不具有可加性。廣延量：與系統(tǒng)質(zhì)量成正比，如V、U、H、S。廣延量具有可加性。廣延量的比參數(shù)（單位質(zhì)量工質(zhì)的體積、熱力學(xué)能等）具有強(qiáng)度量的性質(zhì)，不具有可加性?；緺顟B(tài)參數(shù)——溫度一般定義宏觀上：物體冷熱程度的標(biāo)志微觀上：衡量分子平均動(dòng)能的度量熱力學(xué)定義

處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)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就是溫度溫度T的微觀意義傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。感覺(jué)，導(dǎo)熱，熱容量微觀：衡量分子平均動(dòng)能的量度

T

0.5

mv2負(fù)的開(kāi)爾文溫度?T=0

0.5mv

2=0

分子一切運(yùn)動(dòng)停止，零點(diǎn)能物理意義標(biāo)志物體冷熱程度；其高低反映物體內(nèi)部微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱熱平衡狀態(tài)的判據(jù)，即溫度相等熱平衡熱力學(xué)第零定律如果兩個(gè)物體中的每一個(gè)都分別與第三個(gè)物體處于熱平衡，則這兩個(gè)物體彼此也必處于熱平衡——溫度測(cè)量的理論依據(jù)ABC基本狀態(tài)參數(shù)——溫度為什么叫做熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律

1931年

熱力學(xué)第一定律18401850年

熱力學(xué)第二定律18541855年

熱力學(xué)第三定律1906年定義：溫標(biāo)是指溫度的數(shù)值表示法測(cè)溫物質(zhì)及其測(cè)溫屬性基準(zhǔn)點(diǎn)分度方法溫標(biāo)三要素：任選一種物質(zhì)的某一測(cè)溫屬性，采用以上溫標(biāo)的規(guī)定所得到的溫標(biāo)稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴(lài)于測(cè)溫物質(zhì)的物理性質(zhì)。熱力學(xué)理論指出可以建立一種不依賴(lài)于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)的溫標(biāo),即熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)。

溫標(biāo)

開(kāi)爾文在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上，從理論上引入的與測(cè)溫物質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)。它可作為標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)，一切經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)均可以用此溫標(biāo)來(lái)校正。符號(hào)為T(mén)，單位為K(稱(chēng)“開(kāi)爾文”)。

規(guī)定水的三相點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定此點(diǎn)的溫度為273.16K。WilliamThomsonKELVIN熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫度或絕對(duì)溫度）

攝氏溫標(biāo)

1742年瑞典人攝氏(Anderscelsius)提出的。他把一個(gè)大氣壓下純水的冰點(diǎn)取為0度，沸點(diǎn)取為100度，中間100等分作為溫標(biāo)。符號(hào)t、單位℃。1960年國(guó)際計(jì)量會(huì)議給攝氏溫標(biāo)以新的基準(zhǔn)，即由熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)來(lái)規(guī)定攝氏溫標(biāo)，稱(chēng)熱力學(xué)攝氏溫標(biāo)，把水的三相點(diǎn)定為273.16K，0.01℃。則0℃＝273.15K，t(℃)=T(K)-273.15攝爾修斯1701-1744Anders

CELSIUS

華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系為：

t(℃)=0℃=32oF100℃=212oF

1724年由德國(guó)人華氏（

/wiki/Daniel_Gabriel_Fahrenheit）提出。他把水、冰和氯化銨的混合物作為制冷劑而獲得的當(dāng)時(shí)可得到的最低溫度作為0度，把人體的溫度作為96度，中間等分，這樣的數(shù)字是由于當(dāng)時(shí)廣泛使用12進(jìn)位法。符號(hào)tF

，單位°F。華倫海特1686-1736DanielGabrielFahrenheit華氏溫標(biāo)Comparisonoftemperaturescales.CelsiusscaleKelvinscaleFahrenheitscaleRankinescale溫度轉(zhuǎn)換日常：水銀溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)，

工業(yè)：熱電偶熱電阻輻射溫度計(jì)測(cè)溫?zé)犭娕脊ぷ髟?/p>

壓力——P

單位面積上的垂直作用力稱(chēng)為壓力，它是表征宏觀系統(tǒng)力平衡性質(zhì)的平衡狀態(tài)參數(shù)。

分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)認(rèn)為壓力是大量氣體分子撞擊器壁的平均結(jié)果。基本狀態(tài)參數(shù)——壓力國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位：帕斯卡(簡(jiǎn)稱(chēng)帕)

符號(hào)：Pa1Pa=1N/m2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm,也稱(chēng)物理大氣壓）巴（bar）工程大氣壓（at）毫米汞柱（mmHg)毫米水柱（mmH2O)

工程單位：壓力的單位各壓力單位之間的換算關(guān)系PabaratmatmmHgmmH2OPa11×10-5

0.98692×10-5

0.10197×10-4

7.5006×10-2

0.1019712bar1×10510.986921.01972750.06210197.2atm1013251.0132511.0332376010332.3at98066.50.980660.967841735.55910000mmHg133.322133.322×10-5

1.31579×10-3

1.35951×10-3

113.5951mmH2O9.806659.80665×10-5

9.07841×10-5

1×10-4735.559×10-4

1壓力p測(cè)量壓力表中顯示的壓力即為狀態(tài)參數(shù)？？？注意：只有絕對(duì)壓力p才是狀態(tài)參數(shù)液柱式彈簧式絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力當(dāng)

p>

pb表壓力pe當(dāng)

p<pb真空度pvpbpeppvp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)境壓力大氣壓力Atmosphericpressure工程計(jì)算中的壓力

工程計(jì)算中，選取的壓力必須是絕對(duì)壓力?；痣姀S中所測(cè)得的鍋爐汽包、主蒸汽的壓力值都是表壓力，負(fù)壓燃燒鍋爐爐膛內(nèi)的煙氣和凝汽器內(nèi)乏汽的壓力值為真空，計(jì)算時(shí)都須換算為絕對(duì)壓力。比體積和密度v與ρ互成倒數(shù)，即：vρ＝1比體積單位質(zhì)量物質(zhì)所占的體積密度單位體積物質(zhì)的質(zhì)量單位：kg/m3單位：m3/kg比參數(shù)比參數(shù)：比體積比內(nèi)能比焓比熵單位：/kg同物質(zhì)的量無(wú)關(guān)1-4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖定義：平衡狀態(tài)EquilibriumState

一個(gè)熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下（重力除外），系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱(chēng)為平衡狀態(tài)。以銅棒為系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，是否可以稱(chēng)為處于平衡狀態(tài)？問(wèn)題各種平衡1、熱平衡Thermalequilibrium:溫差

Temperaturedifferential熱不平衡勢(shì)Unbalancedpotentials2、力平衡Mechanicalequilibrium:壓差

Pressuredifferential力不平衡勢(shì)Unbalancedpotentials3、相平衡Phaseequilibrium:無(wú)相變

4、化學(xué)平衡Chemicalequilibrium:

化學(xué)組分不隨時(shí)間改變，無(wú)化學(xué)反應(yīng)各種平衡平衡狀態(tài)

溫差

—

熱不平衡勢(shì)

壓差

—

力不平衡勢(shì)

相變

—相不平衡勢(shì)

化學(xué)反應(yīng)

—

化學(xué)不平衡勢(shì)平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢(shì)Inanequilibriumstatetherearenounbalancedpotentials平衡狀態(tài)

系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)與外界之間的一切不平衡勢(shì)差（力差、溫差、化學(xué)勢(shì)差）消失是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱力平衡狀態(tài)的充要條件。平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)之間的關(guān)系？平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)之間的關(guān)系？平衡Equilibrium與穩(wěn)定Steady穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差去掉外界影響，則狀態(tài)變化若以（熱源+銅棒+冷源）為系統(tǒng)，又如何？穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定平衡Equilibrium與均勻Uniform平衡：時(shí)間上均勻：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Equilibrium與均勻Uniform對(duì)于處于熱力平衡態(tài)下的氣體、液體（單相），如果不計(jì)重力的影響，則系統(tǒng)內(nèi)部各處的性質(zhì)是均勻一致的，各處的溫度、壓力、比體積等狀態(tài)參數(shù)相同。如果考慮重力影響，則系統(tǒng)中的壓力和密度將沿高度而有所差別。對(duì)于氣液兩相并存的熱力平衡系統(tǒng)，氣相和液相的密度不同，因而系統(tǒng)不是均勻的。本書(shū)在未加特別說(shuō)明之處，一律把平衡狀態(tài)下的單相物系當(dāng)作是均勻的，各處的狀態(tài)參數(shù)相同。

熱力系的平衡狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述，每一個(gè)狀態(tài)參數(shù)都是從某一個(gè)角度來(lái)描述系統(tǒng)的某一方面宏觀的性質(zhì)，但是這些狀態(tài)參數(shù)并不都是獨(dú)立的，而是相互影響的。系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，有幾個(gè)獨(dú)立變量呢？狀態(tài)公理Statepostulate狀態(tài)公理：對(duì)組元一定的閉口系，獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù)

N=n+1

對(duì)于組成一定的物質(zhì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)平衡態(tài)的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)有

n+1n－表示系統(tǒng)與外界進(jìn)行準(zhǔn)靜功交換的種類(lèi)數(shù)目1－表示系統(tǒng)與外界的熱交換狀態(tài)公理Statepostulate閉口系：而不平衡勢(shì)差彼此獨(dú)立

獨(dú)立參數(shù)數(shù)目N=不平衡勢(shì)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(shì)差狀態(tài)變化能量傳遞消除一種

達(dá)到某一

消除一種能量不平衡勢(shì)差方面平衡傳遞方式簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)的獨(dú)立變量數(shù)簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N=n+1=2只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功狀態(tài)方程Equationofstate簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N=2狀態(tài)方程

基本狀態(tài)參數(shù)（p,v,T)之間的關(guān)系狀態(tài)方程的具體形式理想氣體的狀態(tài)方程實(shí)際工質(zhì)的狀態(tài)方程？？？取決于工質(zhì)的性質(zhì)狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖

對(duì)于簡(jiǎn)單可壓系統(tǒng)，由于獨(dú)立參數(shù)只有兩個(gè)，可用兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)組成二維平面坐標(biāo)系，坐標(biāo)圖中任意一點(diǎn)代表系統(tǒng)某一確定的平衡狀態(tài)，任意一平衡狀態(tài)也對(duì)應(yīng)圖上一個(gè)點(diǎn)，這種圖稱(chēng)狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖。只有平衡態(tài)才能在狀態(tài)坐標(biāo)圖上用點(diǎn)表示，不平衡態(tài)沒(méi)有確定的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)，無(wú)法在圖上表示！注意?。。?-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程就熱力系本身而言，熱力學(xué)僅對(duì)平衡狀態(tài)進(jìn)行描述，“平衡”意味著宏觀是靜止的，而要實(shí)現(xiàn)能量交換，熱力系又必須通過(guò)狀態(tài)的變化即過(guò)程來(lái)完成，“過(guò)程”意味著變化，意味著平衡被破壞?！捌胶狻焙汀斑^(guò)程”這兩個(gè)矛盾的概念怎樣統(tǒng)一起來(lái)呢？這就需要引入準(zhǔn)平衡過(guò)程。建立準(zhǔn)平衡過(guò)程的目的一般過(guò)程Processp1

=

p0+重物p，Tp0T1

=

T0突然去掉重物最終p2

=

p0T2

=

T0pv12..準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程Quasi-staticprocessp1

=p0+重物p，Tp0T1=T0假如重物有無(wú)限多層每次只去掉無(wú)限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有實(shí)際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換疑問(wèn)：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢，工程上怎樣處理？弛豫時(shí)間

在外界不產(chǎn)生任何影響的條件下，系統(tǒng)從一個(gè)非平衡狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間（弛豫時(shí)間），總能達(dá)到一個(gè)，而且只有一個(gè)穩(wěn)定的熱力學(xué)平衡狀態(tài)。我們稱(chēng)之為穩(wěn)定平衡態(tài)定律。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條件破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）>>有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)際過(guò)程進(jìn)行得足夠緩慢的極限情況。一般的工程過(guò)程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程具體工程問(wèn)題具體分析?！巴蝗弧?，“緩慢”建立準(zhǔn)平衡過(guò)程的好處有確定的狀態(tài)參數(shù)變化描述過(guò)程在參數(shù)坐標(biāo)圖上用一條連續(xù)曲線表示過(guò)程

系統(tǒng)經(jīng)歷某一過(guò)程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過(guò)程為可逆過(guò)程。注意可逆過(guò)程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過(guò)程。可逆reversible過(guò)程

可逆過(guò)程必須是準(zhǔn)平衡過(guò)程，即必須在勢(shì)差足夠小、變化足夠慢的條件下進(jìn)行。這樣，每個(gè)中間狀態(tài)都可以看作是平衡狀態(tài)。而且，一旦改變勢(shì)差的方向，即可改變過(guò)程的方向?？赡孢^(guò)程必須滿(mǎn)足的條件I

可逆過(guò)程中不存在任何耗散效應(yīng)，如摩擦、擾動(dòng)、電阻、永久變形等。即可逆過(guò)程是無(wú)耗散效應(yīng)的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。可逆過(guò)程必須滿(mǎn)足的條件II可逆過(guò)程的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程+無(wú)耗散效應(yīng)=可逆過(guò)程無(wú)不平衡勢(shì)差通過(guò)摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）

不平衡勢(shì)差

不可逆根源

耗散效應(yīng)

耗散效應(yīng)常見(jiàn)的不可逆過(guò)程不等溫傳熱T1T2T1>T2Q節(jié)流過(guò)程

(閥門(mén)）p1p2p1>p2常見(jiàn)的不可逆過(guò)程混合過(guò)程?????????????????★★★★★★★★★★★★★★自由膨脹真空????????????引入可逆過(guò)程的意義

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)際過(guò)程的理想化過(guò)程，但并非最優(yōu)過(guò)程，可逆過(guò)程是最優(yōu)過(guò)程。

可逆過(guò)程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分析。

實(shí)際過(guò)程不是可逆過(guò)程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過(guò)程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正?？赡孢^(guò)程和準(zhǔn)平衡過(guò)程的區(qū)別?思考準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程的區(qū)別

準(zhǔn)平衡過(guò)程只要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而有無(wú)外部機(jī)械摩擦對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部平衡無(wú)影響，所以準(zhǔn)平衡過(guò)程可以有耗散效應(yīng)?？赡孢^(guò)程則是分析系統(tǒng)與外界作用的總效果，不僅要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而且要求系統(tǒng)與外界的作用可以無(wú)條件逆復(fù)，過(guò)程完成時(shí)不能存在任何能量上的耗散。

可逆過(guò)程必是準(zhǔn)平衡過(guò)程，準(zhǔn)平衡過(guò)程是可逆過(guò)程的必要條件。1-6過(guò)程功與熱量功的力學(xué)定義：功是力和力方向上位移的乘積。功的熱力學(xué)定義：

功是熱力系統(tǒng)通過(guò)邊界而傳遞的能量，且其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。功的定義功的表達(dá)式功的一般表達(dá)式熱力學(xué)最常見(jiàn)的功容積變化功

其他準(zhǔn)靜態(tài)功：拉伸功，表面張力功，電功等準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功pp外f初始：p

A

=p外

A

+fA如果

p外微小

可視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程dl以汽缸中mkg工質(zhì)為系統(tǒng)mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化對(duì)外界作的功

W

=p

Adl=pdV1kg工質(zhì)

w=pdvdl很小，近似認(rèn)為p

不變準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功pp外2mkg工質(zhì)：

W=pdV1kg工質(zhì)：

w=pdv1注意：上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程示功圖（p-v）pV.12.pp外21mkg工質(zhì)：

W=pdV1kg工質(zhì)：

w=pdvW準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的說(shuō)明pV.12.2）

p-V圖上用面積表示3）功的大小與路徑有關(guān)，

過(guò)程量4）統(tǒng)一規(guī)定：dV>0，膨脹對(duì)外作功（正）

dV<0，壓縮外內(nèi)作功（負(fù)）5）適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)（一般為流體）6）外力無(wú)限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7）有無(wú)f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別1）單位為[kJ]或[kJ/kg]Ww系統(tǒng)在膨脹過(guò)程中所作出的功，可能一部分被摩擦耗散，一部用以排斥大氣、反抗大氣壓力作用，余下的才是可被利用的功，稱(chēng)為有用功有用功＝膨脹功－排斥大氣功－耗散功其中排斥大氣功：對(duì)于可逆過(guò)程，有用功為：有用功熱量熱量的定義：

熱力系統(tǒng)與外界之間僅僅由于溫度不同則通過(guò)邊界傳遞的能量，用Q表示（比熱量為q）熱量的正負(fù)：

熱力學(xué)中約定：系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負(fù)熱量的單位：國(guó)際單位：J（焦耳），工程單位：kJ（千焦）（與功相反！?。。┛赡孢^(guò)程中熱量的計(jì)算溫熵(示熱)圖與功類(lèi)比功與熱量相同與不同之處?思考功與熱相同之處

功與熱都是系統(tǒng)與外界通過(guò)邊界交換的能量；功與熱均為過(guò)程量功與熱不同之處

功是系統(tǒng)與外界在力差的推動(dòng)下，通過(guò)宏觀的有序運(yùn)動(dòng)來(lái)傳遞能量，作功與物體的宏觀位移有關(guān)；熱量是系統(tǒng)與外界在溫差的推動(dòng)下，通過(guò)微觀粒子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)來(lái)傳遞能量，傳熱量無(wú)序物體的宏觀移動(dòng)。熵（Entropy）的定義比參數(shù)[kJ/kg.K]ds:可逆過(guò)程

qrev除以傳熱時(shí)的T所得的商

清華大學(xué)劉仙洲教授命名為“熵”廣延量[kJ/K]熵的說(shuō)明1、熵是狀態(tài)參數(shù)

3、熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過(guò)程

傳熱的大小與方向2、符號(hào)規(guī)定系統(tǒng)吸熱時(shí)為正

Q>0dS>0系統(tǒng)放熱時(shí)為負(fù)

Q<0dS<04、用途：判斷熱量方向計(jì)算可逆過(guò)程的傳熱量示功圖與示熱圖pVWTSQ

示功圖溫熵(示熱)圖熱量與容積變化功能量傳遞方式容積變化功傳熱量性質(zhì)過(guò)程量過(guò)程量推動(dòng)力壓力p

溫度T標(biāo)志

dV,dvdS,ds公式條件準(zhǔn)靜態(tài)或可逆可逆1-7熱力循環(huán)熱力循環(huán)Cycle要實(shí)現(xiàn)連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán)定義：

熱力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過(guò)程稱(chēng)為熱力循環(huán)。

顯然循環(huán)的目的是為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期連續(xù)的能量轉(zhuǎn)換，而不可能是為了獲得工質(zhì)狀態(tài)的變化。循環(huán)和過(guò)