1基本概念

1、第一章 基本概念,Basic Concepts,§1-1 熱力系統(tǒng),熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：人為地 研究對(duì)象,1、系統(tǒng)的定義,Thermodynamic system,system,A quantity of matter or a region in space chosen for study,§1-1

2、 熱力系統(tǒng),外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì),2、系統(tǒng)、外界與邊界,邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面,系統(tǒng)與外界的作用都通過(guò)邊界,surroundings,boundary,熱力系統(tǒng)選取的人為性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,鍋爐,汽輪機(jī),,,,發(fā)電機(jī),給水泵,凝汽器,,過(guò)熱器,,只交換功,,,,只交換熱,,,既交換功也交換熱,,,,,,,邊界特性,,,真實(shí)、虛構(gòu),,,固定、活動(dòng),,,,fixed 、 movable,real

3、 、,imaginary,熱力系統(tǒng)分類,以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：,有 無(wú)是否傳質(zhì) 開(kāi)口系 閉口系,是否傳熱 非絕熱系 絕熱系,是否傳功 非絕功系 絕功系,是否傳熱、功、質(zhì) 非孤立系 孤立系,Types of Syst

4、em,開(kāi)口系,絕熱系,孤立系,Isolated system,閉口系,Adiabatic system,1 ? 開(kāi)口系,§1-1 熱力系統(tǒng),非孤立系＋相關(guān)外界＝孤立系,,,,,1+2 ? 閉口系,1+2+3 ? 絕熱閉口系,1+2+3+4 ? 孤立系,熱力系統(tǒng)其它分類方式,其它分類方式,,,物理化學(xué)性質(zhì),均勻系 非均勻系,,,工質(zhì)種類,多元系,單元系,相態(tài),多相,單相,簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng),最重要的系統(tǒng) 只需要2個(gè)完全獨(dú)立的

5、狀態(tài)參數(shù)就可以唯一確定系統(tǒng)的狀態(tài),只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功,,容積變化功,,,壓縮功膨脹功,Simple compressible system,Moving Boundary Work,Compression Work,Expansion Work,§1-2 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù),狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況,狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量,狀態(tài)參數(shù)的特征：,1、狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然,2、狀態(tài)

6、參數(shù)的積分特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量 與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān),3、狀態(tài)參數(shù)的微分特征：全微分,State and state properties,狀態(tài)參數(shù)的積分特征,狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。,數(shù)學(xué)上：,點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù),,1,2,a,b,,例：溫度變化,山高度變化,,,point function,狀態(tài)參數(shù)的微分特征,設(shè) z =z (x , y),dz是全微分,充要條件：,可判斷是否是狀態(tài)參數(shù),Total

7、 differentials,強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù),強(qiáng)度參數(shù)：與物質(zhì)的量無(wú)關(guān)的參數(shù) 如壓力 p、溫度T,廣延參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)?可加性 如 質(zhì)量m、容積 V、內(nèi)能 U、焓 H、熵S,比參數(shù)：,比容,比內(nèi)能,比焓,比熵,單位：/kg /kmol 具有強(qiáng)度參數(shù)的性質(zhì),Intensive properties,Extensive properties,強(qiáng)度參數(shù)與廣延參

8、數(shù),速度,動(dòng)能,高度,位能,內(nèi)能,溫度,應(yīng)力,摩爾數(shù),（強(qiáng)）,（強(qiáng)）,（強(qiáng)）,（強(qiáng)）,（廣）,（廣）,（廣）,（廣）,Velocity,Kinetic Energy,Height,Potential Energy,Temperature,Internal Energy,Stress,Mol,§1-3 基本狀態(tài)參數(shù),壓力 p、溫度 T、比容 v （容易測(cè)量）,1、壓力 p ( pressure ) 物理中

9、壓強(qiáng)，單位: Pa (Pascal), N/m2,常用單位Units： 1 kPa = 103 Pa 1bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013?105 Pa 1 mmHg = 133.3 Pa 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665?104 Pa,Basic st

10、ate properties,壓力p測(cè)量,示意圖,絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的相對(duì)值 ——相對(duì)壓力,U-tube manometer,Bourdon Tube,絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力,示意圖,當(dāng) p > pb,,表壓力 pe,,當(dāng) p < pb,,真空度 pv,,,,,,,pb,,pe,,p,,,pv,,p,relative pressure

11、,absolute pressure,Gage pressure,Vacuum pressure,環(huán)境壓力與大氣壓力,指壓力表所處環(huán)境,環(huán)境壓力Environmental pressure,大氣壓力Atmospheric pressure,大氣壓隨時(shí)間、地點(diǎn)變化,物理大氣壓 1atm = 760mmHg,當(dāng)h變化不大，ρ?常數(shù),1mmHg = ρgh = 133.322Pa,當(dāng)h變化大，ρ? ρ(h),Other Pressure M

12、easurement Devices,高精度測(cè)量：活塞壓力計(jì) piston manometer,工業(yè)或一般科研測(cè)量：壓力傳感器 Pressure transducers Piezoelectric effect,§1-3 基本狀態(tài)參數(shù),壓力 p、溫度 T、比容 v （容易測(cè)量）,2、溫度 T ( Tempe

13、rature ),Basic state properties,溫度T 的一般定義,傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。感覺(jué)，導(dǎo)熱，熱容量,微觀：衡量分子平均動(dòng)能的量度 T ? 0.5 m w 2,1) 同T , 0.5mw 2 不同，如碳固體和碳蒸氣,2) 0.5mw 2總?0, T ?0, 1951年核磁共振法對(duì) 氟化鋰晶體的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)負(fù)的開(kāi)爾文溫度,3) T=0 ? 0.5mw 2=0

14、 ? 分子一切運(yùn)動(dòng)停止， 零點(diǎn)能,溫度的熱力學(xué)定義,熱力學(xué)第零定律（R.W. Fowler in 1931）　　　如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。,溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)B 溫度計(jì),The Zeroth Law of Thermodynamics,如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。,If two bodies are in thermal equil

15、ibrium with a third body, they are also in thermal equilibrium with each other.,,為什么叫做熱力學(xué)第零定律,熱力學(xué)第零定律 1931年 T熱力學(xué)第一定律 1840?1850年 E熱力學(xué)第二定律 1854?1855年 S熱力學(xué)第三定律 1906年

16、S基準(zhǔn),,溫度的熱力學(xué)定義,處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量? 溫度。,溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量,,Temperature measurement,溫度計(jì),物質(zhì) （水銀，鉑電阻）,特性 （體積膨脹，阻值）,基準(zhǔn)點(diǎn),刻度 Scale,溫標(biāo) Temperature scale,,,Reference state,,溫標(biāo)Temperature scale,?

17、熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）Kelvin scale （Britisher, L. Kelvin, 1824-1907）,? 攝氏溫標(biāo)Celsius scale (Swedish, A. Celsius, 1701-1744）,? 華氏溫標(biāo)Fahrenheit scale (German, G. Fahrenheit, 1686-1736),? 朗肯溫標(biāo)Rankine scale (W. R

18、ankine, 1820-1872),常用溫標(biāo)之間的關(guān)系,絕對(duì)K,,,攝氏℃,華氏F,朗肯R,,100,373.15,,0.01,273.16,,0,273.15,,-17.8,,0,-273.15,,212,671.67,,,37.8,,100,,0,32,,-459.67,0,459.67,491.67,冰熔點(diǎn),水三相點(diǎn),鹽水熔點(diǎn),發(fā)燒,水沸點(diǎn),559.67,溫標(biāo)的換算,Temperature Measurement D

19、evices,水銀溫度計(jì)thermometer ，酒精溫度計(jì)，熱電偶 Thermocouple熱電阻 Resistance temperature detector輻射溫度計(jì)Radiation thermometer鉑電阻溫度計(jì) Platinum激光全息干涉儀CARS（相干反斯托克斯喇曼光譜）法,§1-3 基本狀態(tài)參數(shù),壓力 p、溫度 T、比容 v （容易測(cè)量）,3、比容 v ( specific volu

20、me ),Basic state properties,[m3/kg],工質(zhì)聚集的疏密程度,物理上常用密度density ?,[kg/m3],§1-4 平衡狀態(tài)Equilibrium state,1、定義：　　在不受外界影響的條件下（重力場(chǎng)除外），如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。,A system in equilibrium experiences no changes when it is is

21、olated from its surroundings.,Many types of Equilibrium,1、熱平衡Thermal equilibrium : if the temperature is the same throughout the entire,溫差 Temperature differential,熱不平衡勢(shì)Unbalanced potentials,,Many types of Equilib

22、rium,2、力平衡Mechanical equilibrium : if there is no change in pressure at any point of the system with time The variation of pressure as a result of gravity in most thermodynamic system is relatively small and

23、 usually disregarded,壓差 Pressure differential,力不平衡勢(shì)Unbalanced potentials,,Many types of Equilibrium,3、相平衡Phase equilibrium : when the mass of each phase reaches an equilibrium level and stays there,4、化學(xué)平衡Chemical

24、equilibrium : if its chemical composition does not change with time. That is, no chemical reactions occur.,§1-4 平衡狀態(tài)Equilibrium state,溫差 — 熱不平衡勢(shì)　　　　　　 壓差 — 力不平衡勢(shì) 相變 — 相不平衡勢(shì) 化學(xué)反應(yīng) — 化學(xué)不平衡勢(shì),平

25、衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢(shì),,In an equilibrium state there are no unbalanced potentials,平衡Equilibrium與穩(wěn)定Steady,穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化,穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差,去掉外界影響， 則狀態(tài)變化,若以（熱源+銅棒+冷源）為系統(tǒng)，又如何？,穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定,平衡Equilibrium與均勻Even,平衡：時(shí)間上

26、均勻：空間上,平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的,為什么引入平衡概念？,如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述,但平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒(méi)有能量交換,能量交換,,狀態(tài)變化,,破壞平衡,,如何描述,§1-5 狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖,平衡狀態(tài)可用一組狀態(tài)參數(shù)描述其狀態(tài),,狀態(tài)公理：對(duì)組元一定的閉口系，獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù) N=n+1,,想確切描述某個(gè)熱力系，是否需要所有狀態(tài)參數(shù)？,狀態(tài)公理State postulate,閉口

27、系：,而不平衡勢(shì)差彼此獨(dú)立,? 獨(dú)立參數(shù)數(shù)目N=不平衡勢(shì)差數(shù) =能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目 =各種功的方式+熱量= n+1,n ?容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等,簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)的獨(dú)立變量數(shù),簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N = n + 1 =,絕熱簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng) ? N = ?,2,只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功,The state

28、 of a simple compressible system is completely specified by two independent properties,狀態(tài)方程Equation of state,簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N = 2,狀態(tài)方程 ? 基本狀態(tài)參數(shù)（p,v,T)之間 的關(guān)系,狀態(tài)方程的具體形式,理想氣體的狀態(tài)方程,實(shí)際工質(zhì)的狀態(tài)方程？？？,取決于工質(zhì)的性質(zhì),The Ideal-Gas Eq

29、uation of State,例：R134a的維里型狀態(tài)方程,坐標(biāo)圖diagram,簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng) N=2，平面坐標(biāo)圖,,,p,v,,1）系統(tǒng)任何平衡態(tài)可 表示在坐標(biāo)圖上,2）過(guò)程線中任意一點(diǎn) 為平衡態(tài),3）不平衡態(tài)無(wú)法在圖 上用實(shí)線表示,常見(jiàn)p-v圖和T-s圖,,,2,1,§1-6 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、可逆過(guò)程,平衡狀態(tài),,狀態(tài)不變化,,能量不能轉(zhuǎn)換,非平衡狀態(tài),,無(wú)法簡(jiǎn)單描述,熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過(guò)程,q

30、uasi-static, or quasi-equilibrium,非平衡過(guò)程 （Process）,p1 = p0+重物,,,,,,p，T,p0,,T1 = T0,突然去掉重物,,最終,p2 = p0,T2 = T0,,,,p,v,,1,2,,.,.,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程Quasi-static process,p1 = p0+重物,,,,,,p，T,p0,,T1 = T0,假如重物有無(wú)限多層,,每次只去掉無(wú)限薄一層,,,p,v,,1,2,,,,

31、,,,,,,,,,,,,,.,.,.,系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài),準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有實(shí)際意義嗎？,既是平衡，又是變化,既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換,疑問(wèn)：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢，工程上怎樣處理？,,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條件,破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）,恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）,>>,有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡 ? 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,Relaxation time,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程應(yīng)用,例：活塞式內(nèi)燃機(jī) 2000轉(zhuǎn)/分

32、 曲柄 2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程,活塞運(yùn)動(dòng)速度=2000?2 ?0.15/60=10 m/s,壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350 m/s,破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）,>>,恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）,一般的工程過(guò)程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,具體工程問(wèn)題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛?準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功,,,,,,p,p外,f,初始：p?A = p外?A +f,A,如果 p外微小?,可視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,,,,,,,

33、,dl,,以汽缸中mkg工質(zhì)為系統(tǒng),mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化對(duì)外界作的功,?W = p?A ?dl =pdV,1kg工質(zhì),?w =pdv,dl 很小，近似認(rèn)為 p 不變,Moving Boundary Work,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功,,,,,,p,p外,2,,,,mkg工質(zhì)：,?W =pdV,1kg工質(zhì)：,?w =pdv,1,,上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,示功圖indicator (p-V) diagram,,,p,V,,.,1,2,.,

34、,,,,,p,p外,2,,,1,,mkg工質(zhì)：,?W =pdV,1kg工質(zhì)：,?w =pdv,,,,,,,,,,,,,W,,準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的說(shuō)明,,,p,V,,.,1,2,.,,,,2） p-V 圖上用面積表示,3）功的大小與路徑有關(guān)， 過(guò)程量Path function,4）統(tǒng)一規(guī)定：dV>0，膨脹 對(duì)外作功（正） dV<0，壓縮 外內(nèi)作功（負(fù)）

35、,5）適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)（一般為流體）,,,,,,,,,6）外力無(wú)限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù),7）有無(wú)f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別,摩擦損失Friction Loss的影響,若有f 存在，就存在損失,,,,,,p,p外,2,,1,,系統(tǒng)對(duì)外作功W，外界得到的功W ’<W,若外界將得到的功W ’再返還給系統(tǒng)，系統(tǒng)得到的功W’’<W’,則外界、活塞、系統(tǒng)不能同時(shí)恢復(fù)原態(tài)。,作業(yè),1-141-151-16,摩擦

36、損失Friction Loss的影響,若 f ＝ 0,,,,,,p,p外,2,,1,,系統(tǒng)對(duì)外作功W，外界得到的功W ’＝W,若外界將得到的功W ’再返還給系統(tǒng),則外界、活塞、系統(tǒng)同時(shí)恢復(fù)原態(tài)。,可逆reversible過(guò)程的定義,系統(tǒng)經(jīng)歷某一過(guò)程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過(guò)程為可逆過(guò)程。,A process that can reversed without leaving any trace o

37、n the surroundings. That is, both the system and the surroundings are returned to their initial states at the end of the reverse process.,可逆過(guò)程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過(guò)程。,,可逆過(guò)程的實(shí)現(xiàn),準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 + 無(wú)耗散效應(yīng) = 可逆過(guò)程,,,無(wú)不平衡勢(shì)差,通過(guò)摩擦

38、使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）,不平衡勢(shì)差不可逆根源 耗散效應(yīng),耗散效應(yīng),,irreversibility,Dissipative effect,Heat transfer,常見(jiàn)的不可逆過(guò)程,不等溫傳熱,,,,,,,T1,T2,,,T1>T2,Q,節(jié)流過(guò)程 (閥門）,p1,p2,p1>p2,,,,,,,,,,,,,,,,Frequently encountered irrev

39、ersibilities,Throttler,常見(jiàn)的不可逆過(guò)程,混合過(guò)程,,,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,自由膨脹,,,真空,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,,Frequently encountered irreversibilities,Unrestrained expansion,Mixing process,引入可逆

40、過(guò)程的意義,? 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)際過(guò)程的理想化過(guò)程， 但并非最優(yōu)過(guò)程，可逆過(guò)程是最優(yōu)過(guò)程。,? 可逆過(guò)程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì) 的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界 的復(fù)雜關(guān)系，易分析。,? 實(shí)際過(guò)程不是可逆過(guò)程，但為了研究方 便，先按理想情況（可逆過(guò)程）處理， 用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆 因素加以修正。,完全可逆、內(nèi)可逆與外可逆,完全可逆可逆 內(nèi)部可逆，外部不可逆,

41、,?常見(jiàn),,,,,,,,,90 ℃,,,,,,,,,0 ℃,,,,,,,,例：,內(nèi)可逆外不可逆,Totally reversible,Internally reversible,外部可逆，內(nèi)部不可逆,Externally reversible,§1-7 功 量 Work,1、力學(xué)定義: 力 ? 在力方向上的位移,2、熱力學(xué)定義I,熱力學(xué)定義II,功的力學(xué)定義Definition of Work of Mechanic

42、s,,The product of a force and the distance through which this force acts,力 ? 在力方向上的位移,But,功的熱力學(xué)定義I,當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時(shí)，如果對(duì)外界的唯一效果可歸結(jié)為取起重物，此即為熱力系對(duì)外作功。,Work is done by a system if the sole effect on the surroundings could be th

43、e raising of a weight.,,功的熱力學(xué)定義II,Work is an energy interaction between a system and its surroundings, if the energy crossing the boundary of a closed system is not heat, it must be work.,功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動(dòng)下，通過(guò)有序運(yùn)動(dòng)方式

44、傳遞的能量。,功的表達(dá)式,功的一般表達(dá)式,熱力學(xué)最常見(jiàn)的功 ? 容積變化功,其他準(zhǔn)靜態(tài)功：拉伸功，表面張力功，電功等,§1-8 熱量與熵Heat and Entropy,Heat is defined as the form of energy that is transferred between two systems (or its surroundings) by virtue of a temperature

45、difference.,熱量定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動(dòng)下，以微觀無(wú)序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。,熱 量 如 何 表 達(dá) ？,,熱量是否可以用類似于功的式子表示？,？,,,引入“熵”,熱量與容積變化功,能量傳遞方式 容積變化功 傳熱量,性質(zhì) 過(guò)程量 過(guò)程量,推動(dòng)力 壓力 p

46、 溫度 T,標(biāo)志 dV , dv dS , ds,公式,條件 準(zhǔn)靜態(tài)或可逆 可逆,熵（ Entropy）的定義,reversible,比參數(shù) [kJ/kg.K],ds: 可逆過(guò)程 ?qrev除以傳熱時(shí)的T所得的商,清華大學(xué)劉仙洲教授命名為“熵”,廣延量 [kJ/K],熵的說(shuō)明,1、熵是狀態(tài)參數(shù),

47、3、熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過(guò)程 傳熱的大小與方向,2、符號(hào)規(guī)定,系統(tǒng)吸熱時(shí)為正 Q > 0 dS > 0系統(tǒng)放熱時(shí)為負(fù) Q < 0 dS < 0,4、用途：判斷熱量方向 計(jì)算可逆過(guò)程的傳熱量,示功圖與示熱圖,,,p,V,,,,,,W,,,,T,S,,,,,,,Q,示功圖,溫熵(示熱)圖,§1-9 熱力循環(huán)Cycle,要實(shí)現(xiàn)

48、連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán),定義： 熱力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過(guò)程稱為熱力循環(huán)。,A system is said to have undergone a cycle if it returns to its initial state at the end of the process,循環(huán)和過(guò)程Cycle and process,,,,,,,,,,,循環(huán)由過(guò)程構(gòu)成,不可逆循環(huán),可逆,過(guò)程,不可逆,循環(huán),可逆循環(huán)

49、,,,正循環(huán),,,p,V,,,T,S,凈效應(yīng)：對(duì)外作功,凈效應(yīng)：吸熱,順時(shí)針?lè)较?,2,1,,,,1,2,,,逆循環(huán),,,p,V,,,T,S,凈效應(yīng)：對(duì)內(nèi)作功,凈效應(yīng)：放熱,逆時(shí)針?lè)较?,2,1,,1,2,,,,,熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo),正循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)外作功，吸熱）,W,,,,,,,T1,Q1,,,,,Q2,,T2,動(dòng)力循環(huán)：熱效率,熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo),逆循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)內(nèi)作功，放熱）,W,,,,,,,T0,Q1,,Q2,T2,制冷循環(huán)

50、：制冷系數(shù),,,,,制熱循環(huán)：制熱系數(shù),第一章 小 結(jié) Summary,基本概念：? 熱力系? 平衡態(tài)? 準(zhǔn)靜態(tài)、可逆? 過(guò)程量、狀態(tài)量、狀態(tài)參數(shù)? 功量、熱量、熵? p-V圖、T-S圖? 循環(huán)、評(píng)價(jià)指標(biāo),第一章 討論課 Discussion,? 熱力系,種類：,閉口系、開(kāi)口系、絕熱系、孤立系,熱力系的選取取決于研究目的和方法，具有隨意性，選取不當(dāng)將不便于分析。,一旦取定系統(tǒng)，沿邊界尋找相互作用。

51、,例1：絕熱剛性容器向氣缸充氣,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,試分別選取閉口系和開(kāi)口系，畫出充氣前后邊界，標(biāo)明功和熱的方向。,(1)以容器內(nèi)原有氣

52、體為系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,閉口系,,,,,,,,,,,,功量：,氣體對(duì)活塞作功W,,W,,Q,熱量：,氣體通過(guò)活塞從外界吸熱Q(當(dāng)初始溫度一樣時(shí)）,,,,,,,,,,,,,,

53、,,,,,,,,,,,,,,,(2)以容器內(nèi)殘留的氣體為系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,閉口系,,,,,,,功量：,殘留氣體對(duì)放逸氣體作功W’

54、,W’,Q’,熱量：,殘留氣體從放逸氣體吸熱Q’,,,,,(3)以放逸氣體為系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,閉口系,,,,功量：,W + W’

55、,熱量：,Q + Q’,,,,,W,,Q,W’,Q’,,,,,,,,,,,,,(4)以容器為系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,開(kāi)口系,,,,功量

56、：,W’,熱量：,Q’,W’,Q’,,,,,,,,(5)以氣缸活塞為系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,開(kāi)口系,功量：,W + W’’,熱量：,Q

57、 + Q’’,W’’,Q’’,,,,,,,,,,W,,Q,,,思考題7,有人說(shuō)，不可逆過(guò)程是無(wú)法恢復(fù)到初始狀態(tài)的過(guò)程，這種說(shuō)法對(duì)嗎？,不對(duì)。關(guān)鍵看是否引起外界變化。,可逆過(guò)程指若系統(tǒng)回到初態(tài)，外界同時(shí)恢復(fù)到初態(tài)。,可逆過(guò)程并不是指系統(tǒng)必須回到初態(tài)的過(guò)程。,可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的區(qū)別和聯(lián)系,可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程不一定是可逆過(guò)程,可逆過(guò)程＝準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程＋無(wú)耗散,可逆過(guò)程完全理想，以后均用可逆過(guò)程的概念。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程很少用。,判斷

58、是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（1）,以冰水混合物為熱力系,,,,,,,,,90 ℃,,,,,,,,,0 ℃,,,,,,,,緩慢加熱,外部溫差傳熱,,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,系統(tǒng)內(nèi)部等溫傳熱，無(wú)耗散,,內(nèi)可逆,,外不可逆,判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（2）,,,,,,,,,,,,,,,,蒸汽流經(jīng)減壓閥進(jìn)入汽輪機(jī),典型的不可逆過(guò)程，因有漩渦，產(chǎn)生耗散,是不是準(zhǔn)靜態(tài)，取決于開(kāi)度,判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（3）,帶活塞的氣缸中，水被緩慢加熱,,,,,,,,,,,,,緩慢加熱，每一

59、時(shí)刻水有確定的溫度,,準(zhǔn)靜態(tài)加熱,火與水有溫差,,外不可逆,以水為系統(tǒng),,,,,,,,,內(nèi)可逆,以水＋活塞為系統(tǒng),活塞與壁面無(wú)摩擦,,內(nèi)可逆,活塞與壁面有摩擦,,內(nèi)不可逆,,,判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（4）,,,,電或重物,電或重物帶動(dòng)攪拌器加熱容器中氣體,電功,熱,機(jī)械功,熱,,,耗散,,是否準(zhǔn)靜態(tài)，看加熱快慢,但不可逆,有用功 useful work,氣缸中氣體膨脹對(duì)外作功，準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,氣體對(duì)外作功,若不考慮摩擦，外界得到功,但外界得到

60、的有用功,,,,,,,,,,,,pb,p,可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功,加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體,,,B,A,,,,,,,,1）以B中氣體為系統(tǒng),絕熱，無(wú)摩擦,,緩慢壓縮,,準(zhǔn)靜態(tài),無(wú)摩擦,,可逆,B中氣體（理想氣體，可逆，絕熱）,B得到的功,遵循,可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功,加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體,,,B,A,,,,,,,,2）以A中氣體為系統(tǒng),絕熱，無(wú)摩擦,,緩慢加熱,,準(zhǔn)靜態(tài),無(wú)摩擦,,內(nèi)可逆,3）以A腔為

61、系統(tǒng),4）以A＋B腔為系統(tǒng),電功耗散為熱,,不可逆,電功耗散為熱,,不可逆,自由膨脹過(guò)程,剛性，絕熱,,,真空,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,,A,B,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,B中沒(méi)有氣體，不能取做系統(tǒng),以A中原有氣體為系統(tǒng),A中氣體非準(zhǔn)靜態(tài),A中氣體沒(méi)有作功,沒(méi)有作功對(duì)象,后進(jìn)去的對(duì)先進(jìn)去的氣體作功了嗎？,氣體混合過(guò)程,剛性，絕熱， pA>>pB,,,?,?

62、,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,,A,B,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，非可逆過(guò)程,取A或B中氣體為系統(tǒng),可逆熱力學(xué)沒(méi)法計(jì)算,,,,,相互有功的作用,取A＋B氣體為系統(tǒng)，無(wú)功,靈活處理功的計(jì)算,充氣球,若準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,若取進(jìn)入氣球的氣體為系統(tǒng),,,,,,,,,但pV的關(guān)系不知 ？,若看外部效果，pb不變,外界得到功pb?V=氣體作功,第一章 完End