热力学1章ss445909462课件教学讲义

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1、作业,1-4 1-7 1-8 1-10,第一章 基本概念Basic Concepts,1-1 热力系统,热力系统(热力系、系统)：人为地选取 一定范围内的物质研究对象,1、系统的定义,Thermodynamic system,Thermodynamic system : A quantity of matter or a region in space chosen for study,1-1 热力系统 (续),外界：系统以外的所有物质,2、外界、系统的边界,边界(界面)：系统与外界的分界面,系统与外界的作用都通过边界,surroundings,boundary,热力系统分类,以系统与外界关系

2、划分：,是否传热,是否传功 非绝功系 绝功系,是否传热、功、质 非孤立系,开口系 闭口系,非绝热系 绝热系,孤立系,Types of System,开口系,绝热系,孤立系,Isolated system,闭口系,Adiabatic system,1 开口系,系统间的关系,非孤立系相关外界 孤立系,1+2 闭口系,1+2+3 绝热闭口系,1+2+3+4 孤立系,简单可压缩系统,最重要的系统,只交换热量和一种准静态的容积变化功,容积变化功,压缩功膨胀功,Simple compressible system,Moving Boundary Work,Compression Work,Expansio

3、n Work,1-2 状态和状态参数,状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况,状态参数：描述热力系状态的物理量,状态参数的特征：,1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然,2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量 与路径无关，只与初终态有关,3、状态参数的微分特征：全微分,State and state properties,状态参数的积分特征,状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。,数学上：,点函数、态函数,1,2,a,b,例：登山高度,point function,状态参数的微分特征,设 z =z (x , y),dz是全微分,充要条件：,可判断是否是状态参数,Total differe

4、ntials,强度参数与广延参数,强度参数：与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T,广延参数：与物质的量有关的参数可加性 如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S,比参数：,比容,比内能,比焓,比熵,单位：/kg /kmol 具有强度参数的性质,Intensive properties Extensive properties,强度参数与广延参数 (续),速度,动能,高度,势能,内能,温度,应力,摩尔数,（强）,（强）,（强）,（强）,（广）,（广）,（广）,（广）,Velocity,Kinetic Energy,Height,Potential Energy,Temperature,I

5、nternal Energy,Stress,Mol,1-3 基本状态参数,压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）,1、压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2,常用单位 (Units)： 1 kPa = 103 Pa 1bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg = 133.3 Pa 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665104 Pa,Basic state properties,压力p测量,示意图,绝对压力与环境压力的相对值 相对压力,U

6、-tube manometer,Bourdon Tube,绝对压力与相对压力,示意图,当 p pb,表压力 pe,当 p pb,真空度 pv,pb,pe,p,pv,p,relative pressure,absolute pressure,Gauge pressure,Vacuum pressure,环境压力与大气压力,指压力表所处环境,环境压力 Environmental pressure,大气压力Atmospheric pressure,大气压随地点等变化,标准(物理)大气压: 1atm = 760mmHg,当h变化不大， 常数,当h变化大， (h),见习题14,Other Pressur

7、e Measurement Devices,高精度测量：活塞压力计 piston manometer,工业、科研测量：压力传感器 Pressure transducers (压电效应 Piezoelectric effect),1-3 基本状态参数 (续),压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）,2、温度 T ( Temperature ),Basic state properties,温度T 的一般概念,传统：冷热程度的度量 （感觉，导热介质等有关）,微观：衡量分子平均动能的量度,温度的热力学定义,热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果两个系统分别与第三个系统处于

8、 热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。,是温度测量的理论基础 温度计,为什么叫做热力学第零定律,热力学第零定律 1931年 T 热力学第一定律 18401850年 E 热力学第二定律 18541855年 S 热力学第三定律 1906年 S基准,温度的热力学定义(续),处于同一热平衡状态的各个热力系， 必定有某一宏观特征彼此相同， 用于描述此宏观特征的物理量：温度,温度是确定一个系统是否与 其它系统处于热平衡的物理量,Temperature measurement,温度计,物质 （水银，铂电阻）,特性 （体积膨胀，阻值.）,基准点,刻度 Scale,温标 Temperature scale,R

9、eference state,温标 Temperature scale, 热力学温标（绝对温标）Kelvin scale （Britisher, L. Kelvin, 1824-1907）,摄氏温标 Celsius scale (Swedish, A. Celsius, 1701-1744）,华氏温标 Fahrenheit scale (German, G. Fahrenheit, 1686-1736),朗肯温标 Rankine scale (W. Rankine, 1820-1872),温标的换算,1-3 基本状态参数 (续),压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）,3、比容 v ( s

10、pecific volume ),Basic state properties,m3/kg,工质聚集的疏密程度,物理上常用密度(density) ,kg/m3,1-4 平衡状态 Equilibrium state,1、定义： 在不受外界影响的条件下(重力场除外)，如果系统的状态参数不随时间变化， 则该系统处于平衡状态。,A system in equilibrium experiences no changes when it is isolated from its surroundings.,Many types of Equilibrium,1、热平衡 Thermal equilibri

11、um： If the temperature is the same throughout the entire system.,温差 Temperature difference,热 不平衡势 Unbalanced potentials,Many types of Equilibrium (Continue),2、力平衡 Mechanical equilibrium： If there is no change in pressure at any point of the system with time. The variation of pressure as a result of

12、gravity in most thermodynamic system is relatively small and usually disregarded.,压差 Pressure difference,力 不平衡势 Unbalanced potentials,Many types of Equilibrium (Continue),3、相平衡Phase equilibrium： When the mass of each phase reaches an equilibrium level and stays there.,4、化学平衡Chemical equilibrium： If

13、its chemical composition does not change with time. That is, no chemical reactions occur.,平衡的本质,温差 热不平衡势 压差 力不平衡势 相变 相不平衡势 化学反应 化学不平衡势,平衡的本质：不存在不平衡势,In an equilibrium state there are no unbalanced potentials within the system,平衡Equilibrium与稳定Steady,稳定：参数不随时间变化,稳定，但存在不平衡势差,去掉外界影响， 则状态变化,稳定不一定平衡，但平衡一定

14、稳定， 不受外界影响的稳态才是平衡态。,平衡 Equilibrium与均匀Even,平衡：时间上 均匀：空间上,平衡不一定均匀， 单相平衡态则一定是均匀的,为什么引入平衡概念？,如果系统平衡，可用一组确切的参数（压力、温度等）描述。,但平衡状态是死态，没有能量交换,能量交换,状态变化,破坏平衡,如何描述 ？,1-5 状态方程、坐标图,平衡状态可用一组状态参数描述其状态,状态公理：对组元一定的闭口系，独立状态参数个数为 N=n+1,想确切描述某个热力系，是否需要所有状态参数？,状态公理 State postulate,闭口系：,而不平衡势差彼此独立, 独立参数数目N=不平衡势差数 =能量转换方式

15、的数目 =各种功的方式+热量= n+1,n 容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等,简单可压缩系统的独立变量数,简单可压缩系统：N = n + 1 =,2,只交换热量和一种准静态的容积变化功,The state of a simple compressible system is completely specified by two independent properties.,状态方程 Equation of state,简单可压缩系统：N = 2,状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系,状态方程的具体形式,理想气体的状态方程：,实际工质的状态方程？,取决于工质的性质,The Ideal-Gas Equation of State,座标图diagram,简单可压缩系统 N=2，平面坐标图,p,v,1）系统任何平衡态可 表示在坐标图上,2）过程线上任意一点 均为平衡态,3）非平衡态无法在图 上用实线表示,常见p-v图和T-s图,2,1,1-6 准静态过程、可逆过程,平衡状态,状态不变化,能量不能转换,非平衡状态,无法简单描述,热力学引入准静态（准平衡）过程,quasi-static, or quasi-equilibrium,一般过程 Process,p1 = p0+重物,p，T,p0,T1 = T0,突然去掉重物,最终,p2 = p0,T2 = T0,p,v,1,