工程热力学第一章

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1、第一章基本概念教学目标:使学生熟练掌握热力学研究的基本概念。知识点：热力系统；工质热力状态及基本状态参数；平衡状态；准静态过程、可逆过程；热力循环。重点：三种典型的热力系统；p、v、T三个状态参数的物理意义；测温测压装置；绝对压力和相对压力的计算；可逆过程的判定准则。难点：使学生理解并掌握抽象的热力学基本概念，是本章的难点。1-1热力系统一、系统、边界与外界热力系统的定义：将所要研究的对象与周围分隔开来，这种人为分隔出来的研究对象，称为热力系统（简称系统）。系统以外的一切物质统称为外界。系统与外界的界面称为边界。系统与外界之间，通过边界进行能量的传递与物质

2、的迁移。界面的特性:可以是真实的，也可以是虚拟的；可以是固定的，也可以是运动的。界面热源外界外界热力系统热力系统、界面、外界例Ⅰ系统系统界面热力系统、界面、外界例Ⅱ研究气缸中的气体(打开阀门)。是什么热力系？系统界面外界外界热力系、界面、外界例Ⅲ热力系、界面、外例Ⅳ系统界面二、热力系统的分类(一)按系统与外界之间的相互联系划分：1.闭口系统—系统与外界无物质交换的热力系统。2.开口系统—系统与外界有物质交换的热力系统。3.绝热系统—系统与外界无热量交换的热力系统。4.孤立系统—系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。闭口系统开口热力系1234mQ

3、W1开口系热力系统非孤立系＋相关外界＝孤立系1+2闭口系1+2+3绝热闭口系1+2+3+4孤立系三、按照系统内部的情况可划分1.单相系—系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的称为一个相，由单一物相组成的系统称为单相系。2.复相系—有两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成称三相系。3.单元系—由一种化学成分组成的系统称为单元系。4.多元系—由两种或两种以上物质组成的系统称为多元系。5.均匀系—成分和相在整个系统空间呈均匀分布称为均匀系6.非均匀系—在整个系统空间非均匀分布称为非均匀系热力系统的分类Ⅱ1-2工质的热力状态及其基本状态参数一、状

4、态与状态参数热力状态定义:工质在热力变化过程中某一瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为热力状态（简称为状态）。状态参数定义:描述工质宏观特性的物理量称为状态参数。状态参数的数学特性：或热力学中常用的状态参数：温度、压力、比容、热力学能（内能）、焓、熵。二、基本状态参数基本状态参数：能够用仪器仪表直接或间接测量的参数称为┄。如：温度、压力、比容1.温度１）热力学第零定律如果两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡，这一规律称为热力学第零定律。２）温度将描述热平衡的这一宏观特性的物理量，称为温度。３）温标为进行温度测量，需要有温度的数

5、值表示方法，测量温度的标尺称为温标。建立任何一种温标都要选择测温物质及其物质的特性、规定温标的基准点及分度方法。状态参数温度②热力学温标ＴＫ常用的温标①摄氏温标t℃基准点：标准大气压力下纯水的冰点和沸点温度为基准点，规定冰点温度为0℃。沸点温度为100℃。分度方法：认定测温物质的测温属性随温度的变化是线性的。0℃与100℃这两个基准点之间分成100等分,每一等分为1度。基准点：纯水的汽、液、固三相平衡共存的状态点(三相点)为基准点，并规定它的温度为273.16K。t=T—273.15热力学温标与摄氏温标之间的关系：常用的温标２.压力单位面积上所受到的垂直作

6、用力。表达式或上式计算出的是热力系的真实压力称为绝对压力p。由压力表测量出来的压力称为表压力pg。由气压计测量出来的压力称为大气压力B。表压力pg、大气压力B和绝对压力p之间的关系如下：常用的压力单位间的关系U形管式压力计示意图真空度U形管式压力计示意图BBp>BP

7、多少有关。如：温度、压力、比容、比内能、比焓、比熵等。如：总内能、总焓、总熵等。1-3平衡状态、状态公里及状态方程一、平衡状态定义:一个热力系,在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果宏观热力性质不随时间变化，系统内外同时建立了热和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。问题：如何定量描述工质的状态？实现平衡的充要条件：无内部、外部势差。温差—热不平衡势压差—力不平衡势化学反应—化学不平衡势平衡与稳定稳定：参数不随时间变化稳定不一定平衡，但平衡一定稳定平衡与均匀平衡：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二、状态公里

8、闭口系：不平衡势差状态变化能量传递消除一种不平衡势差达到某一