第1章基本概念和定义.ppt
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1、第一章 基本概念和定义,1.1 热能与机械能的转换,1.2 状态和状态参数,1.3 基本状态参数,1.4 状态方程,1.5 热力学能、焓和熵,1.6 可逆过程,1.7 功和热量,1.8 循 环,1,1.1.1 热能动力装置,从燃料燃烧中获得热能并 利用热能得到动力的整套设备。,分类,共同本质:由媒介物通过吸热膨胀作功排热才能源源 不断将热能转换为机械能,气体动力装置 内燃机 燃气轮机装置 喷气发动机 蒸气动力装置,1.1 热能和机械能的转换,热机工作过程示意图,2,1.1.2 工质,实现热能和机械能相互转化的媒介物质。,对 工 质 的 要 求,物质三态中 气态最适宜。,1)膨胀性,2)流动性,
2、3)热容量,4)稳定性,安全性,5)对环境友善,6)价廉,易大量获取,1.1.3 热源,工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。, 高温热源热源 低温热源冷源 恒温热源 变温热源,3,4,1.2 状态和状态参数, 系统,人为分割出来,作为热力学研究对象的有限物质系统。, 外界,与体系发生质、能交换的物系。, 边界,系统与外界的分界面(线)。,1.2.1 热力系统(系统、体系)和外界,1)系统与外界的人为性 2)外界与环境介质的关系 3)边界可以是: a.刚性的或可变形的或有弹性的 b.固定的或可移动的 c.实际的或虚拟的,注意:,5, 汽缸-活塞装置(移动和固定边界),6, 移动和虚构边界,虚构
3、边界,7,闭口系(控制质量CM) 没有质量越过边界,开口系(控制体积CV) 通过边界与外界有质量交换,1. 按系统与外界质量交换,1.2.2 热力系分类,8,1)闭口系与系统内质量不变的区别; 2)开口系与绝热系的关系; 3)孤立系与绝热系的关系。,注意:,3. 按组成物质性质 简单可压缩系由可压缩物质组成,无化学反应、与外界有交换容积变化 功的有限物质系统。,绝热系 与外界无热量交换; 孤立系 与外界无任何形式的质能交换。,2. 按能量交换,9,4. 热力系示例, 刚性绝热气缸-活塞系统,一侧设有电热丝。,红线内 闭口绝热系,黄线内(不包含电热丝) 闭口系,绿线内(包含电热丝) 闭口绝热系,
4、兰线内 孤立系,10, 刚性绝热喷管,取喷管为系统,开口系绝热系,Q0, A、B两部落“鸡、犬之声相闻,民至老死不相往来”,A,B,A部落为系统,A+B部落为系统 孤立系,闭口系,11,1.2.3 平衡状态和状态参数,热力学状态 系统宏观物理状况的综合。 状态参数处于平衡状态的每个宏观物理量。,1. 热力学状态,无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态,热平衡 在无外界作用的条件下,系统内部、系统与外界 处处温度相等。,力平衡 在无外界作用的条件下,系统内部、系统与外界处处压力相等。,热力平衡的充要条件系统同时达到热平衡和力平衡。,2.平衡状态,12,讨论:,1)系统平衡与均匀,2)平衡
5、与稳定, 平衡可不均匀, 稳定未必平衡,局部平衡假设把处在不平衡状态的体系,分割成许多 宏观上“小”的部分(在微观上仍包含有大量的粒子) , 假设 每小部分各自近似地处于平衡状态。每一子体系可用状态参数 描述。,3. 局部平衡状态,13,2) 状态的单值函数。 物理上与过程无关;数学上其微量是全微分。,3) 状态参数分类 广延量;强度量,又:广延量的比性质具有强度量特性,如比体积,工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。,1) 状态参数是宏观量,是大量粒子的统计平均效 应,只有平衡态才有状参,系统有多个状态参数,如,4. 状态参数的特性和分类,4)处在局部平衡状态的体系,其热力学能等广延参数
6、,可将 各部份数值相加,得整个体系的值;而温度和压力等强度参数, 可以看作连续分布,形成所谓的“场”,如温度场的概念。,14,5. 系统状态相同的充分必要条件,系统两个状态相同的充要条件: 所有状态参数一一对应相等 简单可压缩系两状态相同的充要条件: 两个独立的状态参数对应相等,6. 状态参数坐标图,简单可压缩系只有两个独立参数,故可用平面坐标上一点确定其状态,反之任一状态可在平面坐标上找到对应点:,p,v,1,p1,v1,T,s,2,T2,s2,p,T,3,p3,T3,O,O,O,15,1.3.1 温度和温标,温度的概念 温度是物质的属性,当两个温度不同的物体相互接触时, 它们之间将发生热量
7、传递,若没有其它物体影响,这两个物 体的温度将趋于一致,最终将达到温度相等(热平衡)。 温度是热平衡的判据 。,1.3 基本状态参数,测温的基础热力学零定律,如果两个物体分别与第三个物体处于热平衡,则这两个物体彼此也必处于热平衡。,热力学第零定律是温度测量的理论依据 。,16,温标温度的数值表示法。,建立温标的三个要素:,a . 选择温度的固定点,规定其数值; b. 确定温度标尺的分度方法和单位; c. 选择某随温度变化的物性作为温度测量的 依据。,热力学温标和国际摄氏温标,用热力学温标确定的温度称为热力学温度,用符号T 表示,单位为 K(开)。,热力学温标(绝对温标):,英国物理学家开尔文(
8、Kelvin)在热力学第二定律基础上建立,也称开尔文温标。,热力学温标取水的三相点为基准点,并定义其温度为273.16 K。温差1K相当于水的三相点温度的1/273.16。,17,摄氏温标:,标准大气压下,纯水的冰点温度为0 ,纯水的沸点温度为100 ,纯水的三相点(固、液、汽三相平衡共存的状态点)温度为0.01 。,瑞典人摄尔修斯(Celsius)于1742年建立。用摄氏温标确定的温度称为摄氏温度,用符号t 表示,单位为 。,选择水银的体积作为温度测量的物性,认为其随温度线性变化,并将0 100 温度下的体积差均分成100份,每份对应1 。,热力学温标与摄氏温标的关系:,1 K = 1 ,t
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