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1、第二章第二章 基本概念基本概念第一节第一节 热力系统热力系统第二节第二节 热力状态及状态参数热力状态及状态参数第三节第三节 热力过程热力过程第四节第四节 热力循环热力循环1简易辅导第一节第一节 热力系统热力系统一、一、一、一、 系统、边界与外界系统、边界与外界系统、边界与外界系统、边界与外界系统：系统：系统：系统：热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体。热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体。外界：外界：外界：外界：系统之外与系统有关的物体。系统之外与系统有关的物体。边界：边界：边界：边界：系统与外界的分界面。系统与外界的分界面。边界可以是假想的，也可以是实际存在的，可以是固定的，边界可以
2、是假想的，也可以是实际存在的，可以是固定的，也可以是移动的。通常用虚线标出。也可以是移动的。通常用虚线标出。QW图1 膨胀中的燃气系统的边界图2 流动中的工质系统的边界2简易辅导二、系统的类型二、系统的类型 1.1.1.1.按系统与外界交换的形式分类按系统与外界交换的形式分类按系统与外界交换的形式分类按系统与外界交换的形式分类系统与外界有三种相互作用形式：质、功、热质、功、热1 1）开口系统：开口系统：开口系统：开口系统：系统与外界有物质交换系统与外界有物质交换工质流入工质流出QW系统边界图 3 开口系统稳定流动开口系统不稳定流动开口系统3简易辅导2 2 2 2）闭口系统：）闭口系统：）闭口系
3、统：）闭口系统：系统与外界无物质交换系统与外界无物质交换 闭口系统具有恒定质量，但具有恒定质量的系统不 一定都是闭口系统QW图4 膨胀中的燃气系统的边界4简易辅导3 3 3 3）绝热系统：）绝热系统：）绝热系统：）绝热系统：系统与外界没有热量交换系统与外界没有热量交换冷源QW图5 把冷源包括在内的绝热系统5简易辅导4 4 4 4）孤立系统：）孤立系统：）孤立系统：）孤立系统：系统与外界既没有物质交换，也没有热系统与外界既没有物质交换，也没有热和功的交换和功的交换图7 孤立系统内两物体间的热传递边界系统T2T1QBA6简易辅导一、状态一、状态及状态参数及状态参数状态：状态：状态：状态：热力系统在
4、某一瞬间所处的宏观物理状况热力系统在某一瞬间所处的宏观物理状况 状态参数：状态参数：状态参数：状态参数：描述系统宏观特性的物理量描述系统宏观特性的物理量第二节第二节 热力状态及状态参数热力状态及状态参数7简易辅导二、热力学平衡态二、热力学平衡态1.1.平衡态：平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状在无外界影响的条件下，如果系统的状在无外界影响的条件下，如果系统的状在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间而变化，则该系统所处的状态称为热力学态不随时间而变化，则该系统所处的状态称为热力学态不随时间而变化，则该系统所处的状态称为热力学态不随时间而变化，则该系统所处的状态称为热力学平衡态。平衡
5、态。平衡态。平衡态。2.2.系统实现平衡态的条件系统实现平衡态的条件在不发生化学反应的系统内在不发生化学反应的系统内在不发生化学反应的系统内在不发生化学反应的系统内, , , ,如同时满足力学平衡条件如同时满足力学平衡条件如同时满足力学平衡条件如同时满足力学平衡条件和热平衡条件和热平衡条件和热平衡条件和热平衡条件, , , ,则系统处于热力学平衡态。则系统处于热力学平衡态。则系统处于热力学平衡态。则系统处于热力学平衡态。8简易辅导三、热力状态参数三、热力状态参数1.1.1.1.常用状态参数：压力、温度、体积、热力学能、焓常用状态参数：压力、温度、体积、热力学能、焓常用状态参数：压力、温度、体积
6、、热力学能、焓常用状态参数：压力、温度、体积、热力学能、焓和熵。和熵。和熵。和熵。重要特征：重要特征：重要特征：重要特征：1 1 1 1）状态参数的数值由系统的状态唯一确定。）状态参数的数值由系统的状态唯一确定。）状态参数的数值由系统的状态唯一确定。）状态参数的数值由系统的状态唯一确定。9简易辅导三、热力状态参数三、热力状态参数2 2 2 2）当系统从初态变为终态时）当系统从初态变为终态时）当系统从初态变为终态时）当系统从初态变为终态时, , , ,状态参数的变化量状态参数的变化量状态参数的变化量状态参数的变化量, , , ,只与只与只与只与系统的初、终状态有关系统的初、终状态有关系统的初、终
7、状态有关系统的初、终状态有关, , , ,而与变化的途径无关。而与变化的途径无关。而与变化的途径无关。而与变化的途径无关。状态参数是系统状态的单值函数或点函数状态参数是系统状态的单值函数或点函数状态参数是系统状态的单值函数或点函数状态参数是系统状态的单值函数或点函数, , , ,状态参数的微状态参数的微状态参数的微状态参数的微元变量是全微分。这是判断某一参数是否为状态参数的元变量是全微分。这是判断某一参数是否为状态参数的元变量是全微分。这是判断某一参数是否为状态参数的元变量是全微分。这是判断某一参数是否为状态参数的充分和必要条件充分和必要条件充分和必要条件充分和必要条件。功和热量是过程量功和热
8、量是过程量，不仅与初、终状态参数有关，还与，不仅与初、终状态参数有关，还与过程有关。过程有关。10简易辅导2.状态参数分类状态参数分类强度量强度量尺度量尺度量压力、温度压力、温度体积、热力学能、焓、熵体积、热力学能、焓、熵基本参数基本参数导出参数导出参数压力、温度、体积压力、温度、体积热力学能、焓、熵热力学能、焓、熵11简易辅导3.基本状态参数基本状态参数a.a.a.a.压力：压力：压力：压力：系统表面单位面积上的垂直作用力。系统表面单位面积上的垂直作用力。(1)(1)压力的单位：压力的单位：压力的单位：压力的单位：1N/m1N/m2 2 = 1Pa(= 1Pa(帕）帕） 1MPa = 101
9、MPa = 106 6Pa Pa ； 1bar = 101bar = 105 5PaPa(2)(2)(2)(2)大气压力大气压力大气压力大气压力:P:P:P:Pb b b b 标准大气压（标准大气压（atm)atm)：1atm=0.101325MPa1atm=0.101325MPa12简易辅导3.基本状态参数基本状态参数(3)(3)(3)(3)绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力P P P P 、表压力、表压力、表压力、表压力PgPgPgPg、真空度、真空度、真空度、真空度PvPvPvPv相对压力相对压力绝对压力绝对压力系统真实压力（是状态参数）系统真实压力（是状态参数）表压力表压力表压力表压力P
10、gPgPgPg真空度真空度真空度真空度PvPvPvPv系统相对与大气压力的系统相对与大气压力的数值（不是状态参数）数值（不是状态参数）Pg=PPbPv= Pb P 当当PgPb时，取时，取Pb =0.1MPaMPaMPaMPa 13简易辅导b.b.b.b.温度：温度：温度：温度：表征物体冷热程度的物理量。表征物体冷热程度的物理量。表征物体冷热程度的物理量。表征物体冷热程度的物理量。(1)(1)(1)(1)热平衡定律热平衡定律热平衡定律热平衡定律( ( ( (热力学第零定律热力学第零定律热力学第零定律热力学第零定律) ) ) )两个系统分别与第三个系统处于热平衡两个系统分别与第三个系统处于热平衡
11、两个系统分别与第三个系统处于热平衡两个系统分别与第三个系统处于热平衡, , , ,这两个系这两个系这两个系这两个系统彼此之间必定处于热平衡。统彼此之间必定处于热平衡。统彼此之间必定处于热平衡。统彼此之间必定处于热平衡。(2)(2)(2)(2)温标温标温标温标 ： 温度的数值表示法温度的数值表示法经验温标经验温标根据测温物质物性变化作为温标根据测温物质物性变化作为温标建立在热力学第二定律基础上建立在热力学第二定律基础上单位：开尔文（单位：开尔文（K）热力学温标热力学温标t( C)=T(K)-273.1514简易辅导 比体积：比体积：比体积：比体积：单位质量工质的体积单位质量工质的体积单位质量工质
12、的体积单位质量工质的体积 m m m m3 3 3 3/kg/kg/kg/kg 密度：密度：密度：密度：单位体积工质的质量单位体积工质的质量单位体积工质的质量单位体积工质的质量 kgkgkgkg / m/ m/ m/ m3 3 3 3 =1/vc.c.比体积和密度比体积和密度15简易辅导第三节第三节 热力过程热力过程热力过程热力过程热力过程热力过程: : : :系统从初始平衡态变化到终了平衡态所经系统从初始平衡态变化到终了平衡态所经历的全部状态，简称历的全部状态，简称 “ “过程过程” ”。一、准静态过程（准平衡过程）一、准静态过程（准平衡过程）图1 说明准静态过程用图 弛豫时间：弛豫时间：恢
13、复平衡所需要的时间16简易辅导第三节第三节 热力过程热力过程一、准静态过程（准平衡过程）一、准静态过程（准平衡过程）图1 说明准静态过程用图 弛豫时间：弛豫时间：恢复平衡所需要的时间 如过程进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的如过程进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的如过程进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的如过程进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。静态过程。静态过程。静态过程。17简易辅导二、二、可逆过程可逆过程 系
14、统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢系统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢系统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢系统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。可逆过程必定是准静态过程，准静态过程不一定可逆。无任何不可逆因素的准静态过程为可逆过程。无任何不可逆因素的准静态过程为可逆过程。18简易辅导三、三、状态方程和状态参数坐标图状态方程和状态参数坐标图p1p2v1v2 图4 准静态过程在p-v图上的表示vP121.1.1.1.状
15、态方程状态方程状态方程状态方程2.2.2.2.状态参数坐标图状态参数坐标图状态参数坐标图状态参数坐标图其他状态参数坐标图：其他状态参数坐标图：P-v T-s P-h hP-v T-s P-h h-s-s19简易辅导第四节第四节 热力循环热力循环工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态，工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态，这种闭合的过程称为这种闭合的过程称为循环。循环。循环。循环。可逆循环可逆循环不可逆循环不可逆循环vP1234正循环（动力循环）正循环（动力循环）1-2-3-4-11-2-3-4-1逆循环逆循环1-4-3-2-11-4-3-2-1制冷循环热泵循环20简易辅导循环的经
16、济性指标用工作系数来表示循环的经济性指标用工作系数来表示循环的经济性指标用工作系数来表示循环的经济性指标用工作系数来表示动力循环的经济性用动力循环的经济性用动力循环的经济性用动力循环的经济性用循环的热效率循环的热效率循环的热效率循环的热效率来衡量来衡量来衡量来衡量制冷循环的经济性用循环的制冷循环的经济性用循环的制冷循环的经济性用循环的制冷循环的经济性用循环的制冷系数制冷系数制冷系数制冷系数来衡量来衡量来衡量来衡量供热循环的经济性用循环的供热循环的经济性用循环的供热循环的经济性用循环的供热循环的经济性用循环的供热系数供热系数供热系数供热系数来衡量来衡量来衡量来衡量Q1为与高温热源交换的热量， Q2为与低温热源交换的热量21简易辅导
