ch0-1知識(shí)資料緒論

EngineeringThermodynamics工程熱力學(xué)含實(shí)驗(yàn)課>4學(xué)時(shí)）教材：沈維道、蔣智敏、童鈞耕合編《工程熱力學(xué)》（第四版）參考書：《工程熱力學(xué)》曾丹苓等《工程熱力學(xué)》朱明善等以及童鈞耕、何雅玲等學(xué)習(xí)輔導(dǎo)書（能源與動(dòng)力學(xué)院）工程熱力學(xué)，是傳熱學(xué)、流體力學(xué)、燃燒學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)原理、泵與風(fēng)機(jī)、鍋爐原理、熱交換器、熱工測(cè)量、動(dòng)力裝置噪聲、能源綜合利用、制冷原理與技術(shù)、采暖通風(fēng)等一系列專業(yè)課及專業(yè)基礎(chǔ)課的共同基礎(chǔ)，是本科生從基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)進(jìn)入專業(yè)學(xué)習(xí)的先導(dǎo)必修課程。工程熱力學(xué)是熱動(dòng)的靈魂課程，在此基礎(chǔ)上深入與提高，才能成為合格的能源與動(dòng)力專業(yè)及相關(guān)科技領(lǐng)域的技術(shù)與管理人才?！簟豆こ虩崃W(xué)》的專業(yè)重要性？緒論1、掌握每個(gè)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)及其理論線路2、著重把握每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的物理意義與工程作用3、掌握工程熱力學(xué)的分析方法與工具4、思考、領(lǐng)會(huì)、練習(xí)、實(shí)踐、鞏固5、開拓視野、廣泛深入地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)6、文獻(xiàn)檢索、汲取最新知識(shí)7、在后繼學(xué)習(xí)中對(duì)工程熱力學(xué)的實(shí)踐與應(yīng)用◆如何學(xué)好《工程熱力學(xué)》？緒論◆如何學(xué)好《工程熱力學(xué)》？緒論溫故而知新緒論緒論0－1熱能及其利用1、能源能源——是產(chǎn)生各種能量的物質(zhì)資源。它是人類生存和發(fā)展不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，它的開發(fā)和利用狀況是衡量一個(gè)國家、一個(gè)時(shí)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，直接關(guān)系到人們物質(zhì)文明程度的高低。能源——較集中、易轉(zhuǎn)化的含能物質(zhì)宏觀運(yùn)動(dòng)所轉(zhuǎn)化的能量能源對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響能源結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了三次轉(zhuǎn)變第一次～18世紀(jì)，煤炭成為人類社會(huì)的重要能源能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了由畜力，自然力和薪柴到煤炭的第一次轉(zhuǎn)變，使社會(huì)生產(chǎn)力大為提高;第二次～20世紀(jì)20年代開始，世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了以煤炭為主向以石油，天然氣為主的第二次轉(zhuǎn)變,進(jìn)入電氣時(shí)代；第三次～當(dāng)今，世界能源結(jié)構(gòu)又開始經(jīng)歷第三次轉(zhuǎn)變，即從由石油，天然氣為主的能源系統(tǒng)向以再生能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)。緒論能源的來源

宇宙的能量（太陽輻射），煤炭、石油、天然氣，以及生物質(zhì)能、水能、海洋熱能和風(fēng)能等都間接來自太陽

地球自身蘊(yùn)藏的能量

地球與天體相互作用產(chǎn)生的能量能源的分類一次能源～自然界中未經(jīng)加工或轉(zhuǎn)換的能源二次能源～經(jīng)人工加工轉(zhuǎn)換的能源產(chǎn)品按是否可“再生”分類按是否可“燃燒”分類按是否有“核污染”分類按“新舊年代”分類其它等等。。。緒論緒論能源利用的兩種主要形式

熱利用——直接利用熱能，如冶金、化工、食品等等工業(yè)與生活應(yīng)用。

熱能的動(dòng)力利用——將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或電能，提供動(dòng)力，如發(fā)電、發(fā)動(dòng)機(jī)等等。能源開發(fā)與利用的主要發(fā)展

太陽能

潮汐與海洋熱能

地?zé)崮?/p>

生物質(zhì)能

風(fēng)能

等等。。。

核能緒論緒論我國主要用能狀況

煤的蘊(yùn)藏量世界第一，開采量世界第一，但是按目前消耗速度（30億噸/年）只能延續(xù)200年。煤炭石油

石油、天然氣資源緊缺，已探儲(chǔ)量占世界人均的1/10，75％依賴進(jìn)口。

我國經(jīng)濟(jì)對(duì)石油的需求越來越大，石油消耗量僅次于美國。2003年進(jìn)口的原油較2002年增長了31%。交通消耗了我國50%的石油用量。天然氣

西氣東輸工程，連接沿線用戶特別是長江三角洲地區(qū)，全長4000公里。

我國單位GDP能耗為世界的4.7倍。

我國能源轉(zhuǎn)換利用率為29％，比全球平均水平低10%。

我國SO2、NOx、CO2排放量大。能耗熱力學(xué)，是一門研究物質(zhì)的能量、能量傳遞和轉(zhuǎn)換以及能量與物質(zhì)性質(zhì)之間普遍關(guān)系的科學(xué)。工程熱力學(xué)，是熱力學(xué)的工程分支，是在闡述熱力學(xué)普遍原理的基礎(chǔ)上，研究這些原理的技術(shù)應(yīng)用的學(xué)科，它著重研究熱能與其它形式能量(主要是機(jī)械能)之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律及其工程應(yīng)用?！艄こ虩崃W(xué)是一門關(guān)于什么的課程？緒論緒論緒論0－2熱力學(xué)發(fā)展簡史0、熱力學(xué)的萌芽人類很早就對(duì)熱有所認(rèn)識(shí)，并加以應(yīng)用。例如在相當(dāng)早的年代，就知道加熱巖石，再潑冷水讓它爆裂，從而制造出石頭工具。將熱力學(xué)當(dāng)成一門科學(xué)且定量地研究，則由十七世紀(jì)末開始，即在溫度計(jì)制造技術(shù)成熟，并知道如何精密地測(cè)量溫度以后，才真正開啟了熱力學(xué)的研究。緒論1、第一個(gè)階段：十七世紀(jì)末到十九世紀(jì)中葉實(shí)質(zhì)上是熱學(xué)的早期發(fā)展史，開始于十七世紀(jì)末到十九世紀(jì)中葉，這個(gè)時(shí)期累積了大量的實(shí)驗(yàn)和觀察，并制造出蒸汽機(jī)，對(duì)熱的本質(zhì)展開了研究和爭論，為熱力學(xué)理論的建立做了準(zhǔn)備。在十九世紀(jì)上半葉，出現(xiàn)的卡諾理論、熱機(jī)理論（第二定律的前身）和熱功相當(dāng)互換的原理（第一定律的基礎(chǔ)），已經(jīng)包含了熱力學(xué)的基本思想，但是這一階段的熱力學(xué)停留在對(duì)熱力學(xué)現(xiàn)象的定性描述。熱機(jī)的發(fā)展十八世紀(jì)的歐洲，資本運(yùn)作迅速擴(kuò)張，生產(chǎn)大革命的到來導(dǎo)致對(duì)動(dòng)力機(jī)械的需要，蒸氣機(jī)由此發(fā)明。1695年，法國人巴本第一個(gè)發(fā)明了有氣缸有活塞的蒸氣機(jī)，英國工程師瓦特對(duì)蒸氣機(jī)進(jìn)行改造，增添了冷凝器，飛輪與離心節(jié)速器，發(fā)明了活塞閥，使機(jī)器由斷續(xù)動(dòng)作改為連續(xù)作用，第一部現(xiàn)代蒸氣機(jī)問世。

蒸氣機(jī)的發(fā)明，促進(jìn)了對(duì)熱學(xué)理論的研究，如熱機(jī)的效率問題，熱量與功的關(guān)系的研究，首先發(fā)展的是熱學(xué)的一些基本概念。溫度計(jì)的發(fā)展

熱學(xué)中的核心概念是溫度，冷熱是人的基本感覺。生活中物體的溫度發(fā)生變化時(shí)，物體的性質(zhì)(力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)性質(zhì))會(huì)發(fā)生變化，物體的狀態(tài)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))也可以在一定條件下發(fā)生轉(zhuǎn)變(即相變)，即熱現(xiàn)象。1593年：意大利伽利略制造了第一支溫度計(jì)，以空氣為測(cè)溫物質(zhì)，由玻璃泡內(nèi)空氣的熱脹冷縮來指示冷暖。緒論伽利略溫度計(jì)人類早就對(duì)大自然中的溫度不同有所感受了：夏季的酷熱，冬季的寒冷；火的燙手，冰的刺骨……不過那時(shí)人們對(duì)溫度高低的辨別并沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，人們?cè)絹碓叫枰话褱y(cè)量溫度的“尺子”。緒論伽利略開始構(gòu)思這種測(cè)溫儀器。根據(jù)古希臘人的發(fā)明，在U形的玻璃管里裝一半水，將彎管的一端用鉛球密封，另一端用玻璃球密封住管內(nèi)的空氣，在鉛球下加熱，U形管中的水就會(huì)向回退縮；移開鉛球下的火源，鉛球冷卻，水會(huì)升回原位。1593年，伽利略發(fā)明制作了第一支空氣溫度計(jì)。這種氣體溫度計(jì)是用一根細(xì)長的玻璃管制成的。它的一端制成空心圓球形；另一端開口，事先在管內(nèi)裝進(jìn)一些帶顏色的水，并將這一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距離地標(biāo)上刻度。這樣，當(dāng)外界溫度升高時(shí)，玻璃球內(nèi)氣體膨脹，使玻璃管中水位降低；反之，溫度較低時(shí)，玻璃球內(nèi)氣體收縮，玻璃管中的水位就會(huì)上升。

第一支空氣溫度計(jì)雖能測(cè)定溫度，但人們發(fā)現(xiàn)它的測(cè)定結(jié)果并不精確。因?yàn)闅怏w溫度計(jì)下端是與大氣相通的，玻璃管中的水位高度不僅受到空心球中空氣溫度的影響，而且還受到大氣壓強(qiáng)的影響。也就是說，即使溫度不變，玻璃管內(nèi)的水的高度也會(huì)有所差異。緒論伽利略的學(xué)生斐迪南在老師的指導(dǎo)下，決定用液體代替空氣溫度計(jì)中的空氣。1654年，斐迪南經(jīng)過對(duì)各種液體的試驗(yàn)之后，研制出了世界上第一支酒精溫度計(jì)。它是往玻璃球里注適量酒精，再加熱玻璃球，用酒精蒸氣趕跑玻璃管中的空氣，然后迅速把玻璃管口封死。這樣，它就可以避免大氣壓強(qiáng)的影響。

可是，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，人們發(fā)現(xiàn)，酒精溫度計(jì)也存在不足之處，即當(dāng)用它測(cè)開水的溫度時(shí)，溫度計(jì)內(nèi)一緒論片模糊。原來，水的沸點(diǎn)是100℃，酒精的沸點(diǎn)是78℃，因此將酒精溫度計(jì)置于開水之中時(shí)，酒精早已變成氣體了。顯然，只有用高沸點(diǎn)的液體代替酒精，才能解決這一問題。1659年，法國天文學(xué)家布里奧（Boulliau），利用水銀沸點(diǎn)較高的特性，制成水銀溫度計(jì)。這種溫度計(jì)可測(cè)得357℃的高溫，也可測(cè)得-39℃的低溫。這又是一個(gè)飛躍。Boulliau緒論1702年：阿蒙頓（GuillaumelAmontons）仿伽利略的方法制出一個(gè)裝有水銀的Ｕ型且與大氣壓力無關(guān)的氣體溫度計(jì)，與現(xiàn)今標(biāo)準(zhǔn)氣體溫度計(jì)相近。

1714年：荷蘭氣象學(xué)家華倫海特（GabrielDannielFahrenheit）用水銀或酒精制作出刻度可靠的溫度計(jì)，選定了三個(gè)溫度固定點(diǎn)，同時(shí)還證明了沸點(diǎn)會(huì)隨大氣壓力變化。現(xiàn)代人把標(biāo)準(zhǔn)氣壓下水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間標(biāo)以180刻度，就是華氏溫標(biāo)。

1742年：瑞典天文學(xué)家攝爾修斯（AndersCelsius）引進(jìn)百分刻度法，他把水的沸點(diǎn)定為零度，水的冰點(diǎn)定為100度，此即所謂攝氏溫標(biāo)；其同事斯特莫（Stromer）把這兩溫度值倒過來，即成為近代所用的攝氏溫標(biāo)，到此為止，溫度計(jì)基本定型。緒論熱量概念的演化長期以來，人們對(duì)溫度和熱量的概念混淆不清，很多人以為物體冷熱的程度代表物體所含熱的多少。

德國斯塔爾（GeorgErnstStahl）提出熱是一種燃素，之后荷蘭波哈維（HermannBoerhaave）提出熱是一種物質(zhì)。波哈維把華氏40度的冷水與同質(zhì)量華氏80度的熱水相混而得華氏60度的水，恰巧驗(yàn)證了熱量守恒的定律；但是對(duì)于不同質(zhì)量或不同物質(zhì)的冷熱物體的混合現(xiàn)象仍難以解釋。

另一些人如虎克等，認(rèn)為熱是物質(zhì)內(nèi)部各部分激烈的運(yùn)動(dòng)，牛頓也認(rèn)為熱是粒子的運(yùn)動(dòng)。1740年左右，俄國圣彼得堡科學(xué)院院士克拉夫特（BaronRichardvonKrafft-Ebing）提出冷水、熱水混合的公式。1750年由德國來到圣彼得堡的理奇曼（Richmann）院士也做了一系列熱量測(cè)的研究，他將不同溫度的水混合，研究熱量的損失，指出混合前后，熱量要相等的概念。1755年，蘭勃特（JohannHeinrichLambert）院士才將熱量與溫度的概念加以區(qū)別和澄清。對(duì)熱量測(cè)量工作作出巨大貢獻(xiàn)的是英國布雷克（JosephBlack），成功地澄清了溫度和熱量這兩個(gè)概念，同時(shí)提出相變潛熱的概念，闡明不同物質(zhì)具有不同的“熱容量”，其學(xué)生伊萬（W.Irvine）正確地提出熱容量概念。

1777年拉瓦錫（AntoineLaurentLavoisier）和拉普拉斯（PierreSimonMarquisdeLaplace）設(shè)計(jì)了一個(gè)“拉普拉斯冰量熱器”，可以正確測(cè)出熱容量和潛熱。1784年麥哲倫（FerdinandMagellan）引進(jìn)比熱的術(shù)語；同一時(shí)期威爾克（Wilcke）提出若把水的比熱定為1，則可以定出其它物質(zhì)的比熱。但是在這段期間人們依然認(rèn)為熱質(zhì)說是正確的。1799年英國首任皇家研究院院長戴維（SirHumphryDavy）在維持冰點(diǎn)的真空容器中進(jìn)行了摩擦實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)即使是兩塊冰相互摩擦也有些冰熔化成水，所以他認(rèn)為摩擦引起物體微粒的振動(dòng)，而這種振動(dòng)就是熱。1789年出生于美國，后到德國的倫福伯爵（CountRumford，BenjaminThompson），在慕尼黑兵工廠監(jiān)督大炮鉆孔，發(fā)現(xiàn)熱是因摩擦而產(chǎn)生，由此斷言：熱不是物質(zhì)而是來自運(yùn)動(dòng)。德國梅耶（JuliusBobertMayer）和英國焦耳改變了人們的觀念，促進(jìn)了熱一、二律的誕生。緒論2、第二個(gè)階段：十九世紀(jì)中到七十年代末這個(gè)時(shí)期發(fā)展了熱力學(xué)和分子運(yùn)動(dòng)論，其誕生與熱功當(dāng)量原理有關(guān)。熱功當(dāng)量原理奠定了熱力學(xué)第一定律的基礎(chǔ)，而第一定律和卡諾理論結(jié)合，又導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的形成；熱功當(dāng)量原理與微粒說結(jié)合，導(dǎo)致了分子運(yùn)動(dòng)論的建立。另一方面，以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的氣體動(dòng)力論也開始發(fā)展，然而，這段時(shí)期內(nèi)人們并不了解熱力學(xué)與氣體動(dòng)力論之間的關(guān)系，熱力學(xué)和分子運(yùn)動(dòng)論彼此仍然相互隔絕。能量守恒與功能互換──著名的卡諾循環(huán)卡諾（NicolasLeonardSadiCarnot，1796.6.1-1832.8.24）是法國拿破侖時(shí)代末期人，享年36歲?？ㄖZ自小矢志科學(xué)，進(jìn)理工科學(xué)校工兵科，1819年退伍，鉆研科學(xué)及藝術(shù)，1832年他先罹患猩紅熱，又得了腦膜炎，最后逝于霍亂，生前研究數(shù)據(jù)資料幾乎全被燒毀?？ㄖZ在1842年出版的《關(guān)于火的動(dòng)力考察》里研究了促進(jìn)蒸汽機(jī)發(fā)展所需要的理論，其基礎(chǔ)是“熱素的保存”和“永動(dòng)機(jī)械不可能”這兩個(gè)原理，指出熱從高溫物體移到低溫物體時(shí)才會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力，并認(rèn)為最理想的機(jī)械應(yīng)該具備：由帶著活塞的汽缸里面的氣體所產(chǎn)生的等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮等四種循環(huán)過程（現(xiàn)稱“卡諾循環(huán)”）。用永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)的原理證明了“在理想的機(jī)械，由于同量熱素的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生同量的工作，而其量只由溫度決定”這個(gè)“卡諾定律”。在這些研究的備忘錄中，卡諾放棄熱素說，轉(zhuǎn)為熱的運(yùn)動(dòng)說，已接近“能量守恒定律”。1834年，卡諾的研究由克萊培倫（BenoitPierreEmileClapeyron）介紹面世。十年后，英國的開爾文勛爵（WilliamThompsonBaronKelvin）用他的研究提出絕對(duì)溫度的觀念；接著由克勞修斯完成了熱力學(xué)的基礎(chǔ)?？ㄖZ之弟在1878年將其部分手稿交給法國科學(xué)院，這些數(shù)據(jù)顯示卡諾確已計(jì)算了熱功當(dāng)量的數(shù)值。

卡諾明確地指出：熱不是一種物質(zhì)而是一種能量的形式。雖然他是最早建立熱力學(xué)能量守恒概念的人，但由于晚了近五十年，其間又有梅耶（JuliusRobertMayer,1814-1878）和焦耳提出功能互換的原理，所以一般都不將卡諾視為能量守恒定律的創(chuàng)始人，因?yàn)樵?878年第一定律和第二定律皆已建立完成。

梅耶(1814-1878)是德國的醫(yī)生，是一個(gè)獨(dú)立的物理學(xué)研究者。1840年左右，他的第一篇論文寄給德國物理年鑒，提出能量守恒和轉(zhuǎn)換的概念，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)、熱、電等都可以歸結(jié)為一種力的現(xiàn)象，有一定的轉(zhuǎn)換規(guī)律。但此文被退稿。1842年又投稿到化學(xué)和藥學(xué)年鑒上，除了重述能量守恒的概念外，還提出熱可以作功，功也可以產(chǎn)生熱的能量等價(jià)觀念，并根據(jù)比熱實(shí)驗(yàn)推出熱功當(dāng)量數(shù)值。此文也未受重視。在1845年他自費(fèi)印發(fā)了第三篇論文，明確指出：熱功當(dāng)量即是氣體在等壓膨脹過程中所作的功，其值等于定壓下所吸收的熱量與定容下所吸收的熱量之差，后被稱為“梅耶公式”。

當(dāng)時(shí)除少數(shù)人外，梅耶的貢獻(xiàn)長期未得到科學(xué)界的承認(rèn)，能量守恒思想未獲得理解。19世紀(jì)60年代以后科學(xué)界才給予梅耶公正評(píng)價(jià)。焦耳奠定熱力學(xué)基礎(chǔ)——熱功當(dāng)量實(shí)用英國物理學(xué)家焦耳奠定了“能量守恒定律”，為熱力學(xué)的發(fā)展確立基礎(chǔ)；同時(shí)，其理論促進(jìn)了制冷系統(tǒng)的發(fā)展。焦耳花了將近四十年的時(shí)間來證明：功轉(zhuǎn)換成熱時(shí)，功和所產(chǎn)生熱的比是一個(gè)恒定的值，即“熱功當(dāng)量”。他是第一位研究熱能、機(jī)械能與電能相互關(guān)系的人，也是第一位發(fā)現(xiàn)氣體自由膨脹時(shí)溫度會(huì)隨之下降的人。

焦耳在1818年出生于英國，因體弱沒有上過學(xué)，在家自學(xué)化學(xué)及物理學(xué)，十六歲上劍橋大學(xué)與著名的英國化學(xué)家道爾頓（JohnDalton）學(xué)習(xí)。在完成教育后，回家建立實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行獨(dú)立研究。在1840年發(fā)表的論文中，率先闡明熱能與其它能量的聯(lián)系，指出：電流所生的熱與電阻和電流平方的乘積成正比，即“焦耳定律”。

1852年，焦耳發(fā)現(xiàn)氣體迅速自由膨脹時(shí)，溫度會(huì)下降，此效應(yīng)被后人廣泛用以建立冷凍系統(tǒng)，促成日后冷氣機(jī)與電冰箱的發(fā)明。焦耳最大的成就是：能量的測(cè)定與各種能量間相互轉(zhuǎn)換關(guān)系的研究。他最初研究電學(xué)，制造不同形式的發(fā)電機(jī)并改善發(fā)電機(jī)效率，繼而開始研究電能、熱能與機(jī)械能間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。1848年，實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)物體所含的力學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能時(shí)，整體能量會(huì)保持不變，能的形式可以互相轉(zhuǎn)變，但是總能量永遠(yuǎn)不變。在此基礎(chǔ)上發(fā)展出“能量守恒定律”，也是物理學(xué)的基本定律之一。1843年發(fā)表了一系列論文說明熱功當(dāng)量的測(cè)量方法，其1878年實(shí)驗(yàn)的當(dāng)量值距今標(biāo)準(zhǔn)值的誤差僅在1％之內(nèi)。焦耳測(cè)熱功當(dāng)量用了三十多年，實(shí)驗(yàn)了400多次。與焦耳同時(shí)代的德國著名數(shù)學(xué)和物理學(xué)家赫姆霍滋（Helmholtz）也對(duì)能量守恒和轉(zhuǎn)換定律作出重要貢獻(xiàn)。

第一定律的形成功與能相互轉(zhuǎn)換及能量守恒的概念在1845年左右已形成，熱力學(xué)第一定律由克勞修斯（RudolfJuliusEmmanuelClausius）用數(shù)學(xué)形式表達(dá)，接著又提出熱力學(xué)第二定律。1854年首次引入“熵”的概念，1865年發(fā)現(xiàn)“熵增原理”，1851年第一次運(yùn)用統(tǒng)計(jì)概念導(dǎo)出氣體的壓力公式，1858年引進(jìn)自由程概念，導(dǎo)出了平均自由程公式，1879年獲英國皇家學(xué)會(huì)的科普利獎(jiǎng)?？茖W(xué)界公認(rèn)，能量守恒定律的奠基人是邁耶(1842)、焦耳(1843)和亥姆霍茲(1847)?？ㄖZ的熱機(jī)理論與第二定律的發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)第二定律的發(fā)現(xiàn)與提高熱機(jī)效率的研究有密切的關(guān)系。1765和1782年瓦特（JamesWatt,1736-1819）兩次改進(jìn)十八世紀(jì)即已發(fā)明的蒸汽機(jī)設(shè)計(jì)，但效率不高。

1824年，24歲的卡諾發(fā)表著名的卡諾定理，對(duì)于第二定律的熱機(jī)理論產(chǎn)生重要影響。此文提出可逆的理想熱機(jī)，即“卡諾循環(huán)”，提出理想熱機(jī)效率取決于熱質(zhì)在轉(zhuǎn)移時(shí)與兩個(gè)溫度的差有關(guān)，同時(shí)推論出永動(dòng)機(jī)械是不可能實(shí)現(xiàn)的，并證明卡諾循環(huán)是具有最大效率的循環(huán)。

1850年克勞修斯在揭示第一定律的論文中，也以能量守恒和轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)重新驗(yàn)證了卡諾定理，并于1854年提出了第二定律：“如果沒有外界作功，熱永遠(yuǎn)不能由冷的物體傳向熱的物體”。3、第三個(gè)階段：十九世紀(jì)后期到二十世紀(jì)初這個(gè)時(shí)期內(nèi)，波爾茲曼（LudwigEdwardBoltzmann）結(jié)合熱力學(xué)與分子動(dòng)力學(xué)的理論，建立了統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)，同時(shí)他也提出非平衡態(tài)的理論基礎(chǔ)。至二十世紀(jì)初，吉布斯（J.WillardGibbs）提出系統(tǒng)理論，建立了統(tǒng)計(jì)力學(xué)。熱力學(xué)元?jiǎng)砖ぉね?湯姆遜（開爾文勛爵）威廉?湯姆遜（WilliamThomson；授勛時(shí)改名為開爾文BaronKelvin）一家在威廉八歲時(shí)遷往蘇格蘭的格拉斯哥，湯姆遜10歲進(jìn)入格拉斯哥大學(xué)，14學(xué)習(xí)大學(xué)程度的課程，15歲時(shí)憑論文“地球形狀”獲大學(xué)獎(jiǎng)?wù)拢蟮絼虼髮W(xué)升學(xué)，畢業(yè)后到巴黎在勒尼奧指導(dǎo)下研究。1846年，湯姆遜回到格拉斯哥大學(xué)擔(dān)任自然哲學(xué)（物理學(xué)）教授直到退休。他在學(xué)校建立起全英國大學(xué)中第一個(gè)物理研究實(shí)驗(yàn)室。他認(rèn)為物質(zhì)和電動(dòng)力學(xué)的理論結(jié)果必須用實(shí)驗(yàn)來證明，他帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)來檢定和發(fā)展新的物理理論。此外，他還利用實(shí)驗(yàn)室的精密測(cè)量結(jié)果協(xié)助擬定大西洋海底電纜的鋪設(shè)工程，使英國與美洲之間的通訊得到突破性的發(fā)展。19世紀(jì)物理學(xué)界普遍相信熱是一種不生不滅的物質(zhì)，湯姆遜本來也堅(jiān)信這種說法，但研究過焦耳多篇關(guān)于電流生熱的論文后，改變了想法，并和焦耳合作研究，為熱力學(xué)第一定律（即能量守恒定律）提供有力的實(shí)驗(yàn)支持。湯姆遜對(duì)熱力學(xué)第二定律的貢獻(xiàn)更大，幾乎與克勞修斯同時(shí)間，開爾文研究卡諾循環(huán)也提出第二定律，同時(shí)更由此確定絕對(duì)溫標(biāo)，又稱開氏溫標(biāo)K。他利用卡諾循環(huán)建立絕對(duì)溫標(biāo)，他重新設(shè)定水的冰點(diǎn)為273.7度；沸點(diǎn)為373.7度。為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，絕對(duì)溫度的單位以開爾文（K）來命名。在1851年“熱動(dòng)力理論”論文中，闡明熱力學(xué)第二定律：“我們不可能從單一熱源取熱，使它完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其它影響”。這是從當(dāng)時(shí)古典物理理論至今正確而普遍適用的宏觀物理定律。

開爾文，熱力學(xué)第二定律由其提出，液態(tài)氮由其壓縮制出，環(huán)球信息第一條電纜是他領(lǐng)導(dǎo)鋪設(shè)，電子檢流器由其發(fā)明，同位素放射理論由其建立的。1900年初，開爾文在英國皇家學(xué)會(huì)的新年致辭“籠罩在熱和光的動(dòng)力理論上的十九世紀(jì)之云”演講中說：他認(rèn)為物理世界晴空萬里，動(dòng)力理論可以解釋一切物理問題；唯有兩個(gè)小問題：即“以太理論”和“黑體輻射理論”尚待解決。正是這兩朵小烏云所引起的討論和探索，發(fā)展出二十世紀(jì)物理學(xué)兩個(gè)最重要的范疇：相對(duì)論和量子力學(xué)。第一節(jié)熱能在熱機(jī)中轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的過程

緒論基本概念熱能動(dòng)力裝置從燃料燃燒中得到熱能，并利用熱能得到動(dòng)力的設(shè)備。

化學(xué)能熱能機(jī)械能緒論基本概念熱能動(dòng)力裝置分為兩大類：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)）緒論基本概念

工作過程：

吸氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣

工作物質(zhì)：

燃?xì)?/p>

能量轉(zhuǎn)換：

化學(xué)能→熱能→機(jī)械能內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)）緒論基本概念內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)）緒論基本概念內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)）緒論基本概念如何轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)物理描述？

1－爐子2－爐墻3－沸水管4－汽鍋5－過熱器6－汽輪機(jī)7－噴嘴8－葉片9－葉輪10－軸11－發(fā)電機(jī)12－冷凝器13、14、16－泵15－蓄水池緒論基本概念如何轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)物理描述？

定義：

工質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介。

熱源工質(zhì)從中吸取熱量的物質(zhì)，又稱高溫?zé)嵩础?/p>

冷源接受工質(zhì)排出熱量的物質(zhì)，又稱低溫?zé)嵩础?變溫?zé)嵩匆驘崛萘坑邢?，過程中溫度變化。

緒論基本概念二、工質(zhì)(workingsubstance;workingmedium)定義：實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。對(duì)工質(zhì)的要求:物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜。

1）膨脹性

2）流動(dòng)性

3）熱容量

4）穩(wěn)定性，安全性

5）對(duì)環(huán)境友善

6）價(jià)廉，易大量獲取

比較上述提及的兩種熱機(jī)

不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不同、工作特性不同、工質(zhì)不同。

相同點(diǎn)：都存在相同的熱力過程，壓縮、吸熱、膨脹作功和排熱。

緒論基本概念

第二節(jié)熱力系統(tǒng)

緒論基本概念

定義：

熱力系統(tǒng)（熱力系，thermodynamicsystem）熱力學(xué)分析的有限物質(zhì)系統(tǒng)。外界（環(huán)境，surrounding）熱力系統(tǒng)以外的物體。邊界（boundary）系統(tǒng)與外界之間的分界面。

緒論基本概念二、系統(tǒng)及邊界示例?汽缸-活塞裝置（閉口系例）

（a）邊界固定，（b）無物質(zhì)交換，有物質(zhì)交換；邊界不固定。緒論基本概念

熱力系的分類

根據(jù)熱力系有無質(zhì)量、能量交換情況

閉口系統(tǒng)

開口系統(tǒng)

絕熱系統(tǒng)

孤立系統(tǒng)緒論基本概念

其他熱力系統(tǒng)可壓縮系統(tǒng)、不可壓縮系統(tǒng)；簡單系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)；均勻系統(tǒng)、非均勻系統(tǒng)；單元、多元系統(tǒng)；單相、多相系統(tǒng)。。。最常見的系統(tǒng)簡單可壓縮系統(tǒng)—系統(tǒng)與外界只有熱量和容積功的交換。緒論基本概念例

1）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別；2）開口系與絕熱系的關(guān)系；3）孤立系與絕熱系的關(guān)系。注意：4.簡單可壓縮系（simplecompressiblesystem）

—由可壓縮物質(zhì)組成，無化學(xué)反應(yīng)、與外界有交換容積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)（本課程重點(diǎn)）。絕熱系（adiabaticsystem）—與外界無熱量交換;孤立系（isolatedsystem）—與外界無任何形式的質(zhì)能交換。3.按能量交換閉口系（動(dòng)）2．例子——?jiǎng)傂越^熱噴管取紅線為系統(tǒng)—取噴管為系統(tǒng)—開口系絕熱系（靜）

第三節(jié)工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)緒論基本概念定義：熱力學(xué)狀態(tài)（stateofthermodynamicsystem）工質(zhì)在熱力變化過程中某一瞬間呈現(xiàn)出來的宏觀物理狀況，簡稱狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)（stateproperties）描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量。如溫度、壓力等。緒論基本概念

狀態(tài)參數(shù)的特性1）工程熱力學(xué)只從總體上研究工質(zhì)所處的狀態(tài)及其變化，不從微觀角度研究個(gè)別粒子的行為和特性，因而所采用的物理量都是宏觀的物理量。緒論基本概念2）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。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)，與過程無關(guān)。緒論基本概念即，滿足：△Z＝＝Z2－Z1

3）狀態(tài)參數(shù)是點(diǎn)函數(shù)，其微分是全微分。設(shè)Z＝f(x,y),則：

反之，如能證明某物理量具有上述數(shù)學(xué)特征，則該物理量一定是狀態(tài)參數(shù)。緒論基本概念

4）常用的狀態(tài)參數(shù)有:壓力p、溫度T、體積V、熱力學(xué)能U、焓H和熵S，其中，壓力、溫度和體積可直接用儀器測(cè)量，這三個(gè)稱為基本狀態(tài)參數(shù)。其余的狀態(tài)參數(shù)都可根據(jù)基本狀態(tài)參數(shù)間接推得。緒論基本概念

5）狀態(tài)參數(shù)有強(qiáng)度量與廣延量之分強(qiáng)度量：與系統(tǒng)質(zhì)量無關(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；但是，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）卻具有強(qiáng)度量的特性，因?yàn)樗鼈円膊痪哂锌杉有?。緒論基本概念

基本狀態(tài)參數(shù)緒論基本概念一、溫度既然兩個(gè)（或多個(gè)）獨(dú)立的系統(tǒng)各自處于一定狀態(tài)時(shí)是熱平衡的，那么，這兩個(gè)（或多個(gè)）系統(tǒng)具有一個(gè)共同的宏觀性質(zhì)——可以用一個(gè)物理量－溫度來描述。緒論基本概念熱平衡定律（熱力學(xué)第零定律）分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡（相互之間沒有熱量傳遞）的兩個(gè)系統(tǒng)，它們彼此也必定處于熱平衡。（這是由實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)中得到的而非由其它定律推出的公理）

緒論基本概念溫度的物理意義：1）宏觀上，溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志。2）微觀上，溫度是物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志。溫度是描述熱力學(xué)平衡系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，是強(qiáng)度量。緒論基本概念測(cè)量溫度的儀器稱做溫度計(jì)，選作溫度計(jì)的感應(yīng)元件的物質(zhì)，應(yīng)具備特定的物理性質(zhì)，即——隨物體的冷熱程度不同有顯著的變化。緒論基本概念定義：溫標(biāo)是指示溫度的數(shù)值表示法。溫標(biāo)的三要素：測(cè)溫物質(zhì)及其測(cè)溫屬性基準(zhǔn)點(diǎn)分度方法緒論基本概念任選一種物質(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)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴于測(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)。緒論基本概念熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)（絕對(duì)溫度）開爾文在熱力學(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)來校正。符號(hào)為T，單位為K(稱“開爾文”)。

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緒論基本概念

攝氏溫標(biāo)將一個(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)來規(guī)定攝氏溫標(biāo)，稱熱力學(xué)攝氏溫標(biāo)，把水的三相點(diǎn)定為273.16K，即0.01℃。有重要關(guān)系式：

0℃＝273.15K，t(℃)=T(K)-273.15緒論基本概念

華氏溫標(biāo)

1724年，由德國人華氏（GabridlDFahrenheit）提出。他把水、冰和氯化銨的混合物作為制冷劑，將當(dāng)時(shí)能獲得的最低溫度作為0度，而把人體的溫度作為96度；此后，改為冰水混合物為32°(即冰點(diǎn)),而以水沸點(diǎn)的溫度為212°，中間分為180等份，每一等份代表1華氏度，這就是華氏溫標(biāo)。符號(hào)tF，單位°F。緒論基本概念華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系為：

t(℃)=0℃=32oF100℃=212oF緒論基本概念二、壓力定義：單位面積上所受的垂直作用力稱為壓力。（即物理學(xué)中的壓強(qiáng)，以后要注意此術(shù)語)分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說認(rèn)為壓力是大量氣體分子撞擊器壁的平均結(jié)果。緒論基本概念壓力計(jì)測(cè)量工質(zhì)壓力的儀器。常見的壓力計(jì)有壓力表和U型管。由于壓力計(jì)的測(cè)壓元件處于某種環(huán)境壓力的作用下，因此壓力計(jì)所測(cè)得的壓力是工質(zhì)的真實(shí)壓力p（或稱絕對(duì)壓力p(absolutepressure

）與環(huán)境壓力pb之差，叫做表壓力pe（gaugepressure;manometerpressure）或真空度pv（vacuum;vacuumpressure

）。緒論基本概念絕對(duì)壓力、大氣壓力、表壓力及真空度之間的關(guān)系緒論基本概念壓力的單位國際標(biāo)準(zhǔn)單位：帕斯卡(簡稱帕)符號(hào)：Pa

1Pa=1N/m2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm,也稱物理大氣壓）巴（bar）工程大氣壓（at）毫米汞柱（mmHg)毫米水柱（mmH2O)緒論基本概念常用壓力單位：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緒論基本概念三、比體積(specificvolume

)及密度(density)定義：單位質(zhì)量物質(zhì)占有的體積稱為比體積。單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為密度。m3/kgv與ρ互成倒數(shù)，即：vρ＝1kg/m3緒論基本概念其他的參數(shù)怎么得到呢？

第四節(jié)平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖緒論基本概念

一、平衡狀態(tài)

一個(gè)熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，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)稱為平衡狀態(tài)。緒論基本概念實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)的充要條件系統(tǒng)內(nèi)部及系統(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。

緒論基本概念熱力平衡狀態(tài)必須同時(shí)滿足：熱平衡：組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有熱量的傳遞。力平衡：組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有相對(duì)位移。

緒論基本概念此外，還有化學(xué)平衡、相平衡等。自然界的物質(zhì)實(shí)際上都處于非平衡狀態(tài)，平衡只是一種極限的理想狀態(tài)。(工程熱力學(xué)通常只研究平衡狀態(tài))緒論基本概念思考：平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)是什么關(guān)系？平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)是什么關(guān)系？平衡狀態(tài)是相對(duì)時(shí)間而言的，均勻狀態(tài)是相對(duì)空間而言的。對(duì)于處于熱力平衡態(tài)下的單相流體（氣、液），若不計(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。本書在未加特別說明之處，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。緒論基本概念平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)之間的關(guān)系例子？就平衡而言，不存在勢(shì)差是其本質(zhì)，而狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化只是其現(xiàn)象。平衡必穩(wěn)定，穩(wěn)定不一定平衡。

緒論基本概念平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)之間的關(guān)系例子？

二、狀態(tài)公理與狀態(tài)方程

熱力系的平衡狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來描述，每一個(gè)狀態(tài)參數(shù)都是從某一個(gè)角度來描述系統(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。緒論基本概念系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，描述這個(gè)狀態(tài)需要幾個(gè)獨(dú)立變量？

狀態(tài)公理對(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+1個(gè)

緒論基本概念聯(lián)系——自由度n——表示系統(tǒng)與外界進(jìn)行準(zhǔn)靜功交換的數(shù)目1——表示系統(tǒng)與外界的熱交換對(duì)于簡單可壓縮系統(tǒng)，不存在電功、磁功等其它形式的功，系統(tǒng)與外界能量的交換方式除熱之外只有容積變化功（膨脹功或壓縮功）1

種形式的功交換。因此，描述純物質(zhì)的簡單可壓縮系統(tǒng)平衡狀態(tài)的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)只有2個(gè)。緒論基本概念

狀態(tài)方程簡單可壓縮系統(tǒng)平衡態(tài)的獨(dú)立參數(shù)只有2個(gè)，因此一個(gè)狀態(tài)參數(shù)均可以用其它任意兩個(gè)不同的狀態(tài)參數(shù)表示：以下基本狀態(tài)參數(shù)之間有：或：則將上列表達(dá)式稱之為狀態(tài)方程。緒論基本概念狀態(tài)方程式反映的是平衡狀態(tài)下基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T之間的關(guān)系。狀態(tài)方程式的具體形式還取決于工質(zhì)的性質(zhì)。對(duì)于理想氣體的狀態(tài)方程式，狀態(tài)方程為：緒論基本概念三、

狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖

對(duì)于簡單可壓系統(tǒng)，由于獨(dú)立參數(shù)只有兩個(gè)，因此，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)，反之，任意一平衡狀態(tài)則對(duì)應(yīng)圖上一個(gè)點(diǎn)。將這種圖稱狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖。緒論基本概念

注意：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)沒有確定的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)，無法在圖上表示。緒論基本概念第五節(jié)工質(zhì)的狀態(tài)變化過程（熱力過程）緒論基本概念“平衡”意味著宏觀是靜止的；“過程”意味著變化，即平衡被破壞。

緒論基本概念那么，“平衡”和“過程”這兩個(gè)矛盾的概念怎樣統(tǒng)一協(xié)調(diào)呢？這就需要引入概念—準(zhǔn)平衡過程(準(zhǔn)靜態(tài))。一、準(zhǔn)平衡過程（準(zhǔn)靜態(tài)過程）定義：由一系列連續(xù)的平衡態(tài)組成的過程稱為準(zhǔn)平衡過程，也稱準(zhǔn)靜態(tài)過程。特點(diǎn)：準(zhǔn)平衡過程是實(shí)際過程進(jìn)行得足夠緩慢的極限情況。

緒論基本概念這里，“緩慢”是指熱力學(xué)意義上的緩慢，即由不平衡到平衡的馳豫時(shí)間遠(yuǎn)小于過程進(jìn)行所用的時(shí)間。例實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)平衡過程的條件：推動(dòng)過程進(jìn)行的勢(shì)差無限小。（以保證系統(tǒng)在任意時(shí)刻都無限接近于平衡態(tài)）緒論基本概念建立了準(zhǔn)平衡過程概念，則可以：有確定的狀態(tài)參數(shù)變化描述過程；在參數(shù)坐標(biāo)圖上用一條連續(xù)曲線表示過程。緒論基本概念

二、可逆過程與不可逆過程

定義：

如果系統(tǒng)完成某一熱力過程后，再沿原來路徑逆向運(yùn)行時(shí)，能使系統(tǒng)和外界都返回到原來的狀態(tài)，而不留下任何變化，則這一過程稱為可逆過程，否則為不可逆過程。緒論基本概念實(shí)現(xiàn)可逆過程的條件：首先應(yīng)是準(zhǔn)平衡過程過程中不存在任何能量耗散緒論基本概念通過摩擦、電阻、磁阻等使功變成熱的效應(yīng)。準(zhǔn)平衡過程只要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而有無外部機(jī)械摩擦對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部平衡無影響，所以準(zhǔn)平衡過程可以有耗散效應(yīng)?？赡孢^程不僅要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而且要求系統(tǒng)與外界的作用可以無條件逆復(fù)，過程時(shí)行時(shí)不能存在任何能量上的耗散。

緒論基本概念準(zhǔn)平衡過程與可逆過程的區(qū)別：

可逆過程必是準(zhǔn)平衡過程，準(zhǔn)平衡過程是可逆過程的必要條件?？赡孢^程必是無耗散的準(zhǔn)平衡過程。緒論基本概念第六節(jié)過程功和熱量

緒論基本概念

一、功1、功的力學(xué)定義：功是力和力方向上位移的乘積。2、功的熱力學(xué)定義：

功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。緒論基本概念3、功的正負(fù)

熱力學(xué)中約定：系統(tǒng)對(duì)外界作功取為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功取為負(fù)。4、功的單位

焦耳（J）5、比功和功率比功：單位質(zhì)量物質(zhì)所作的功，單位：J/kg功率：單位時(shí)間內(nèi)完成的功，單位：W（瓦）緒論基本概念二、可逆過程的功1、可逆過程的功的計(jì)算設(shè)有質(zhì)量為m的氣體在氣缸中進(jìn)行可逆膨脹，如圖過程線1－2。過程中所作的膨脹功為：緒論基本概念如果工質(zhì)為1kg，所作的功為：有關(guān)功的說明：功的數(shù)值不僅決定于工質(zhì)的初、終態(tài)，而且還和過程的路徑有關(guān)，因此功不是狀態(tài)參數(shù)，是過程量。緒論基本概念微元過程作出過程量用表示，如微功量用

w（狀態(tài)參數(shù)的微增量用d表示，如dp、dv、dT）

膨脹功、壓縮功均是通過工質(zhì)體積變化與外界交換的功，統(tǒng)稱為“體積變化功”。體積變化功只與氣體的壓力及體積的變化量有關(guān)，與形狀無關(guān)。緒論基本概念

有用功

系統(tǒng)在膨脹過程中所作出的功，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，這部分功被稱為有用功：（有用功＝膨脹功－排斥大氣功－耗散功）緒論基本概念其中，排斥大氣的功為：對(duì)于可逆過程，有用功為：緒論基本概念

三、熱量1、熱量的定義

熱力系統(tǒng)與外界之間僅僅由于溫度不同而通過邊界傳遞的能量，用Q表示（比熱量為q）。2、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)。3、熱量的單位——國際單位：J（焦耳），工程單位：kJ（千焦）緒論基本概念

4、可逆過程熱量的計(jì)算緒論基本概念不同之處：功是系統(tǒng)與外界在力差的推動(dòng)下，通過宏觀的有序運(yùn)動(dòng)來傳遞能量，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，通過微觀粒子的無序運(yùn)動(dòng)來傳遞能量，傳熱量無需物體的宏觀移動(dòng)。緒論基本概念思考：功與熱量有什么相同與不同之處？相同之處：

功與熱都是系統(tǒng)與外界通過邊界交換的能量；功與熱均為過程量。第七節(jié)熱力循環(huán)

緒論基本概念

一、熱力循環(huán)

1、熱力循環(huán)的定義：

工質(zhì)由某一初態(tài)出，經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)變化后，又回到原來初態(tài)的封閉熱力過程稱為熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)。緒論基本概念

一、熱力循環(huán)

1、熱力循環(huán)的定義：

工質(zhì)由某一初態(tài)出，經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)變化后，又回到原來初態(tài)的封閉熱力過程稱為熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)。緒論基本概念循環(huán)的目的是為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期連續(xù)的能量轉(zhuǎn)換，而不是為了獲得工質(zhì)狀態(tài)的變化!

2、可逆循環(huán)與不可逆循環(huán)

全部由可逆過程組成的循環(huán)為可逆循環(huán)；循環(huán)中若有一部分過程不可逆，即為不可逆循環(huán)?？赡嫜h(huán)在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上為一封閉的曲線。3、循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性緒論基本概念

二、正向循環(huán)

把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的循環(huán)叫正向循環(huán)，也叫動(dòng)力循環(huán)，它使外界得到功。熱源熱機(jī)冷源Q1Q2緒論基本概念

正向循環(huán)分析正向循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性－熱效率：緒論基本概念

三、逆向循環(huán)把熱量從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩吹难h(huán)叫逆向循環(huán)，也叫制冷循環(huán)或熱泵循環(huán)，它消耗外界的功。熱源熱機(jī)冷源Q1Q2緒論基本概念

逆向循環(huán)分析制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性－制冷系數(shù)：熱泵循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性－熱泵系數(shù)：緒論基本概念1、知道熱力系的概念，明確熱力學(xué)分析中采用熱力系的目的-要求掌握用熱力系、控制質(zhì)暈、控制體積的特點(diǎn)。會(huì)根據(jù)實(shí)際情況劃定熱力系，關(guān)于這一點(diǎn)可以在以后各章的習(xí)題中加以練習(xí)。其他類型的熱力系，對(duì)于不準(zhǔn)備更深入學(xué)習(xí)熱力學(xué)的同學(xué)可只作一般了解。2狀態(tài)參數(shù)(1)了解狀態(tài)參數(shù)的特性。狀態(tài)參數(shù)的特性在熱力學(xué)分析中起到很重要的作用。在此了解即可，后面的學(xué)習(xí)中還會(huì)深入討論。(2)掌握壓力的絕對(duì)壓力、表壓力、真空度的概念；能熟練地進(jìn)行不同工作狀態(tài)下的絕對(duì)壓力的確定，能進(jìn)行不同壓力單位間的換算。第一章學(xué)習(xí)要求緒論基本概念3、平衡狀態(tài)掌握平衡狀態(tài)和勢(shì)差的概念，了解常見勢(shì)差形式。4、熱力過程掌握準(zhǔn)平衡過程，可逆過程的概念，了解工程熱力學(xué)分析過程常用的思路和準(zhǔn)平衡工程、可逆過程在熱力學(xué)研究中的意義。5、功與熱量了解功與熱量是過程量，能熟練進(jìn)行體積功的常規(guī)計(jì)算，了解p-v圖的示功方法、T-s圖的示熱方法。6、循環(huán)了解循環(huán)及其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的定義與意義，掌握正向循環(huán)與逆向循環(huán)的概念。緒論基本概念熱力系由研究對(duì)象、邊界和外界組成選取熱力系是為了討淪研究對(duì)象通過邊界與外界進(jìn)行能量交換和質(zhì)量交換的情況，通常是通過研究熱力系的狀態(tài)及狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)的。熱力系通過邊界與外彈的相互作用有能量交換和質(zhì)量交換，能量交換則有熱量和功量兩種形式。例1為研究汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽變化規(guī)律，選取熱力系通常可取作控制體積，也可以取作開口系，還可以取作絕熱系，這些分法是否矛盾？把研究對(duì)象限制在一定空間范圍；關(guān)注邊界上與外界的相互作用；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高，蒸汽停留時(shí)間短，忽略散熱。緒論基本概念例2熱力系內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量保持恒定．則熱力系一定是：A、開口系B、閉口系C、孤立系D、控制質(zhì)量例3如圖剛性容器被分割為兩部分，容器壁上分別裝有3個(gè)壓力表，表B讀數(shù)為8