吉大工程热力学课件第1章 基本概念及定义

第一章基本概念及定义1-1热力学系统Thermodynamicsystem

热力学系统（热力系统、热力系、系统）—人为划分出的，含有一定物质的特定区域。

—Adefinitequantityofmattermostoftencontainedwithinsomeclosedsurface.

外界—系统之外与能量转换过程有关的一切其他物质。

边界—分割系统与外界的界面。在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。Chapter1BasicConceptsandDefinitions1第一章基本概念及定义系统的分类：闭口系统：与外界无质量交换（控制质量）。开口系统：与外界有质量交换（控制容积）。绝热系统：与外界无热量交换。孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。＊热源：具有无限热量储存能力的假想热力系统，其作用只是与其他系统交换热量，交换的结果其温度不发生任何变化。高温热源：向其他系统供热的热源（热源）；低温热源：吸收其他系统放出热量的热源（热汇，冷源）。系统的选取，取决于分析问题的需要及分析方法上的方便。2第一章基本概念及定义1-2热力学系统的状态及基本状态参数

热力学状态—热力学系统所处的宏观状况。

状态参数—描述系统热力学状态的宏观物理量。

基本状态参数—可以直接测量得到的状态参数（p、v、T）。

导出状态参数—由基本状态参数计算得到的状态参数（u、h、s等）。状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有一组状态参数。反之，一组确定的状态参数就可以确定一个状态。其数值仅决定于状态，而与达到该状态的途径无关。因此，状态参数的变化可表示为（以压力p为例）：相应地，状态参数的微增量具有全微分的性质，即3第一章基本概念及定义一、比体积v二、压力（压强）p三、温度T

绝对温度，摄氏温度

t℃＝T－273.15K绝对压力：气体的真实压力相对压力（表压力、真空度）：压力计显示的压力基本状态参数：4第一章基本概念及定义1-3平衡状态和状态参数坐标图平衡状态—在没有外界影响的条件下，热力系统的宏观状况不随时间变化的状态。平衡条件：热平衡(例)力平衡(例)化学平衡

状态公理：对于组成一定的闭系而言，可用n+1个独立的状态参数来限定它，这里，n是与系统有关的准静功个数，1是考虑了系统与外界的热交换。

简单可压缩系统，n＝1，所以用两个状态参数就可以确定一个状态。5第一章基本概念及定义1-4状态方程式状态方程式：三个基本状态参数（p、v、T）之间的函数关系：F(p，v，T)＝0显函数形式：T＝f1(p，v)，p＝f2(v，T)，v＝f3(p，T)

理想气体状态方程式（克拉贝龙方程）：

对1mol理想气体pVm＝RT

R—摩尔气体常数，R＝8.314510J/(mol·K)

对1kg理想气体pv＝RgT

Rg＝R/M—气体常数，M—摩尔质量。

nmol理想气体

pV＝RT，

mkg理想气体

pV＝RgT

理想气体—相互之间没有作用力的质点组成的可压流体。6第一章基本概念及定义1-5热力过程和准静态过程

热力过程—热力学状态连续变化的历程。

非准静态过程—系统经历一系列不平衡状态的过程。

准静态过程—系统经历一系列无限接近平衡状态的过程。准静态过程进行的条件：推动过程的作用无限小。7第一章基本概念及定义

实际过程是否可以作为准静态过程来处理？这取决于所谓弛豫时间。

弛豫时间—气体的平衡状态被破坏后恢复平衡所需的时间。大部分实际过程可以近似地当做准静态过程。因为气体分子热运动的平均速度可达每秒数百米以上，气体压力传播的速度也达每秒数百米，因而在一般工程设备具有的有限空间中，气体的平衡状态被破坏后恢复平衡所需的时间，即所谓弛豫时间非常短。例如，内燃机的活塞运动速度仅每秒十余米，与其中的气体分子热运动的平均速度相比相差一个数量级，因此，当机器工作时气体工质内部能及时地不断建立平衡状态，而工质的变化过程很接近准静态过程8第一章基本概念及定义1-6准静态过程的功

力学中功的定义：W＝Fx

热力学中对功的定义：热力过程中，热力系统与边界间，越过边界而传递的能量，若其全部作用效果可表现为使物体改变宏观运动的状态，则这种传递的能量称为功。可见：功是过程量；功是传递的能量（瞬时量）。直接由系统容积变化与外界间发生作用而传递的功称为容积变化功（膨胀功或压缩功）。对于由气缸和活塞所包围的热力系统，进行一个微元过程中，如活塞所受推力为F,位移为dx,则系统对外界作的膨胀功为：

δW=Fdx9第一章基本概念及定义对准静态过程，F=pA,所以，δW=Fdx

当系统由状态1到状态2进行一个准静态过程时，系统对外界所作的功可表示为：单位质量气体以及功在p-v图上的表示：功的符号：系统对外作功为正；外界对系统作功为负。10第一章基本概念及定义1-7热量

热量—热力过程中，仅仅由于温度不同，在系统与外界间越过边界而传递的能量。可见：热量是过程量；热量是传递的能量（瞬时量）。热量是物体间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量；而功则是物体间通过有规则的微观运动或宏观运动发生相互作用而传递的能量。热量的符号：系统吸热时热量为正，系统放热时热量为负。热量与功量的类比势（势参数）—推动能量传递的作用力。如p,T.

状态坐标—其变化可作为衡量某种能量传递作用的标志。如v。

11第一章基本概念及定义功量：

势：p

状态坐标:V热量

势：T

状态坐标:

？

取描述热量传递的状态坐标为熵：S,单位：J/K。所以有对1kg工质，则有：和：12第一章基本概念及定义比热容及用比热容计算热量1kg物质温度升高1K(或1℃)所需的热量称为物质的质量热容或比热容，符号为c，单位为J/(kg·K)，即

热量是过程量。定容过程的比热容称为比定容热容，用cV表示。则有和定压过程和三种热容的关系：

Cp,m=22.4×1000×Cp=Mcp热量的计算：13第一章基本概念及定义1-8热力循环

热力循环（循环）—封闭的热力过程。系统由初始状态出发，经过一系列中间状态回到初始状态循环的净功量：循环的净热量：14第一章基本概念及定义

1-1何谓平衡状态？

1-2当热力学系统的状态不随时间而改变时，称为系统处于稳定状态。试分析稳定状态和平衡状态是否相同？

1-3当热力学系统内的温度和压力等状态参数均匀一致时，称为系统处于均匀状态。试分析均匀状态和平衡状态是否相同？

1-4何谓理想气体？其实际意义何在？

1-5试说明1mol理想气体状态方程式的通用性，并从宏观及微观两方面描述其物理现象的特征。

1-6何谓准静态过程？实现准静态过程的条件是什么？

1-7在非静态过程中，系统的容积变化功是否可以表示为