《能量转换及其计算资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《能量转换及其计算资料（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 2.12.12.12.1 热力学基本概念热力学基本概念热力学基本概念热力学基本概念 2.22.22.22.2 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律 2.3 2.3 2.3 2.3 等容热、等压热和焓等容热、等压热和焓等容热、等压热和焓等容热、等压热和焓 2.4 2.4 2.4 2.4 热容及热的计算热容及热的计算热容及热的计算热容及热的计算 2.2.2.2.5 5 5 5 功的计算、可逆过程功的计算、可逆过程功的计算、可逆过程功的计算、可逆过程 第二章第二章第二章第二章 能量转化及计算能量转化及计算能量转化及计算能量转化及计算 2 2 2 2 2.1.1.1.1 热力学
2、基本概念热力学基本概念 系统与环境系统与环境系统与环境系统与环境 状态和状态函数状态和状态函数状态和状态函数状态和状态函数 过程与途径过程与途径过程与途径过程与途径 热力学平衡态热力学平衡态热力学平衡态热力学平衡态 几个基本概念：几个基本概念：几个基本概念：几个基本概念： 3 1.1.1.1.系统与环境系统与环境系统与环境系统与环境 系统系统系统系统：我们所研究的那部分物质：我们所研究的那部分物质：我们所研究的那部分物质：我们所研究的那部分物质被划定的研究对象被划定的研究对象被划定的研究对象被划定的研究对象 环境环境环境环境：是系统以外，：是系统以外，：是系统以外，：是系统以外，与系统密切相关
3、、有相互作用或与系统密切相关、有相互作用或与系统密切相关、有相互作用或与系统密切相关、有相互作用或 影响所能及的部分。影响所能及的部分。影响所能及的部分。影响所能及的部分。 系统分类系统分类系统分类系统分类 定义定义定义定义 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类： 封闭系统封闭系统封闭系统封闭系统系统与环境之间系统与环境之间系统与环境之间系统与环境之间无物质交换无物质交换无物质交换无物质交换，但，但，但，但有能量交换有能量交换有能量交换有能量交换。 隔离系统隔离系统
4、隔离系统隔离系统系统与环境之间系统与环境之间系统与环境之间系统与环境之间既无物质交换既无物质交换既无物质交换既无物质交换，又无能量交换又无能量交换又无能量交换又无能量交换 敞开系统敞开系统敞开系统敞开系统系统与环境之间系统与环境之间系统与环境之间系统与环境之间既有物质交换既有物质交换既有物质交换既有物质交换，又有能量交换又有能量交换又有能量交换又有能量交换 有时把封闭系统和系统影有时把封闭系统和系统影 响所及的环境一起作为隔响所及的环境一起作为隔 离系统来考虑。离系统来考虑。 4 封闭系统的例：封闭系统的例：封闭系统的例：封闭系统的例：一一一一 个不保温的热水瓶个不保温的热水瓶个不保温的热水瓶
5、个不保温的热水瓶 ：传热但无物质交：传热但无物质交：传热但无物质交：传热但无物质交 换；换；换；换； 举例：举例：举例：举例： 5 2.2.2.2.状态与状态函数状态与状态函数状态与状态函数状态与状态函数 状态：体系一系列性质的综合表现状态：体系一系列性质的综合表现状态：体系一系列性质的综合表现状态：体系一系列性质的综合表现 状态性质（函数）：描述状态的宏观物理量状态性质（函数）：描述状态的宏观物理量状态性质（函数）：描述状态的宏观物理量状态性质（函数）：描述状态的宏观物理量 几何：体积、面积等；几何：体积、面积等；几何：体积、面积等；几何：体积、面积等； 力学：压力、表面张力、密度等；力学：
6、压力、表面张力、密度等；力学：压力、表面张力、密度等；力学：压力、表面张力、密度等； 电磁：电流、磁场强度等；电磁：电流、磁场强度等；电磁：电流、磁场强度等；电磁：电流、磁场强度等； 化学：摩尔数、摩尔分数等化学：摩尔数、摩尔分数等化学：摩尔数、摩尔分数等化学：摩尔数、摩尔分数等 热力学：温度、熵、内能、焓、自由能等热力学：温度、熵、内能、焓、自由能等热力学：温度、熵、内能、焓、自由能等热力学：温度、熵、内能、焓、自由能等 定义定义定义定义 6 状态函数的特点状态函数的特点状态函数的特点状态函数的特点 3 3 3 3 1 1 1 1同一热力学系统的各种状态函数间存在一定的联系同一热力学系统的各
7、种状态函数间存在一定的联系同一热力学系统的各种状态函数间存在一定的联系同一热力学系统的各种状态函数间存在一定的联系 由一定量的由一定量的由一定量的由一定量的纯纯纯纯物质构成的物质构成的物质构成的物质构成的单相单相单相单相系统，只需指定任系统，只需指定任系统，只需指定任系统，只需指定任 意两个能独立改变的性质，即可确定系统的状态。意两个能独立改变的性质，即可确定系统的状态。意两个能独立改变的性质，即可确定系统的状态。意两个能独立改变的性质，即可确定系统的状态。 若对于一定量的物质，已知系统的性质为若对于一定量的物质，已知系统的性质为 x x x x 与与 y y y y ，则系统则系统 任一其它
8、性质任一其它性质 X X X X 是这两个变量的函数，即：是这两个变量的函数，即： ) ) ) )( ( ( (y y y y, , , ,x x x xf f f fX X X X= = = = 例例对对物质的量为物质的量为n n n n的某的某纯物质、单相纯物质、单相系统，其状态可由系统，其状态可由T T T T， p p p p来来确定，其它性质，如确定，其它性质，如V V V V，即是即是T T T T，p p p p的函数。的函数。V V V V= = = =f f f f ( ( ( (T, pT, pT, pT, p) ) ) ) 7 2 2 2 2 状态改变时，状态函数的变化量
9、只与变化的始末状态改变时，状态函数的变化量只与变化的始末状态改变时，状态函数的变化量只与变化的始末状态改变时，状态函数的变化量只与变化的始末 态有关，而与变化的途径无关。态有关，而与变化的途径无关。态有关，而与变化的途径无关。态有关，而与变化的途径无关。 3 3 3 3 3 3 3 3 状态一定，体系所有的性质都是确定的，即状态状态一定，体系所有的性质都是确定的，即状态状态一定，体系所有的性质都是确定的，即状态状态一定，体系所有的性质都是确定的，即状态 函数是状态的单值函数函数是状态的单值函数函数是状态的单值函数函数是状态的单值函数( ( ( (状态不变它不变状态不变它不变状态不变它不变状态不
10、变它不变) ) ) )。 状态改变了，不一定所有性质都改变，但性质改状态改变了，不一定所有性质都改变，但性质改状态改变了，不一定所有性质都改变，但性质改状态改变了，不一定所有性质都改变，但性质改 变了，状态一定改变。变了，状态一定改变。变了，状态一定改变。变了，状态一定改变。 例：理气的等温过程：（例：理气的等温过程：（例：理气的等温过程：（例：理气的等温过程：（P1P1P1P1，V1V1V1V1）（P2P2P2P2，V2V2V2V2） 状态改变了，状态改变了，状态改变了，状态改变了，T T T T不变不变不变不变 8 状态函数在数学上具有状态函数在数学上具有状态函数在数学上具有状态函数在数学
11、上具有全微分全微分全微分全微分的性质。的性质。的性质。的性质。 若若x x x x为状态函数，系统从状态为状态函数，系统从状态A A A A变化至状态变化至状态B B B B： 若若x x x x，y y y y，z z z z皆为状态函数，且皆为状态函数，且 z = z = z = z = f( f( f( f(x,yx,yx,yx,y) ) ) )，则：则： dydydydy y y y y z z z z dxdxdxdx x x x x z z z z dzdzdzdz x x x x y y y y + + + + = = = = A A A AB B B B x x x xA A
12、A Ax x x xB B B B 如理想气体：如理想气体： ) ) ) ), , , ,( ( ( (T T T Tp p p pf f f fV V V V p p p p nRTnRTnRTnRT V V V V= = = = = = =即：即： dTdTdTdT T T T T V V V V dpdpdpdp p p p p V V V V dVdVdVdV p p p p T T T T + + + + = = = = 0 0 0 0= = = = = = = = = = = = = = = = A A A AB B B BA A A A A A A AB B B B dxdxdx
13、dx x x x xx x x xx x x xx x x xx x x x 有：有： 微小变化微小变化 9 状态函数的分类状态函数的分类状态函数的分类状态函数的分类 容量性质容量性质容量性质容量性质（或广度性质）：（或广度性质）：（或广度性质）：（或广度性质）： 容量性质的数值与体系中物容量性质的数值与体系中物容量性质的数值与体系中物容量性质的数值与体系中物 质的数量成正比，具有加和质的数量成正比，具有加和质的数量成正比，具有加和质的数量成正比，具有加和 性，如：性，如：性，如：性，如：m m m m，n n n n，V V V V，U U U U 强度性质强度性质强度性质强度性质： 强度性
14、质的数值与体系中物强度性质的数值与体系中物强度性质的数值与体系中物强度性质的数值与体系中物 质的数量无关，不具有加和质的数量无关，不具有加和质的数量无关，不具有加和质的数量无关，不具有加和 性。如：性。如：性。如：性。如：T, P, T, P, T, P, T, P, V1, T1 V2, T2 V= V1+V2 T T 1+ T 2 10 二者的关系：二者的关系：二者的关系：二者的关系： 每单位广度性质即强度性质，每单位广度性质即强度性质，每单位广度性质即强度性质，每单位广度性质即强度性质， m V n V = mP P C n C , = 容量性质容量性质容量性质容量性质 容量性质容量性质容量性质容量性质= = = =强度性质强度性质强度性质强度性质 3 3 3 3 1 1 1 1 = V m 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3容量性质容量性质容量性质容量性质强度性质强度性质强度性质强度性质= = = =容量性质容量性质容量性质容量性质 11 3.3.3.3.过程与途径过程与途径过程与途径过程与途径 状态状态状态状态 1 1 1 1 状态状态状态状态2 2 2 2 途径途径途径途径 1 1 1 1 途径途径途径途径 2 ( ( ( (T T T T1 1 1 1，p
