1、第一章 基本概念Basic Concepts and Definition第一節(jié) 熱能和機械能轉(zhuǎn)換第二節(jié) 熱力系統(tǒng)與工質(zhì)第三節(jié) 基本狀態(tài)參數(shù)第四節(jié) 平衡狀態(tài)第五節(jié) 準靜態(tài)過程、可逆過程第六節(jié) 過程功和熱量第七節(jié) 熱力循環(huán)1-1 1-1 熱能和機械能轉(zhuǎn)換熱能和機械能轉(zhuǎn)換熱能動力裝置熱能動力裝置定義：從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能得定義：從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能得 到動力的整套設(shè)備。到動力的整套設(shè)備。共同本質(zhì)：共同本質(zhì)：由媒介物通過吸熱由媒介物通過吸熱 膨脹作功膨脹作功 排熱排熱1. 蒸汽動力裝置蒸汽動力裝置 (steam power plant)2. 氣體動力裝置氣體動力裝置(combus

2、tion gas power plant) 內(nèi)燃機內(nèi)燃機 (internal combustion gas engine) 燃氣輪機裝置燃氣輪機裝置 (gas turbine power plant) 噴氣發(fā)動機噴氣發(fā)動機 (jet power plant) 1 1、蒸汽蒸汽動力裝置動力裝置熱能動力裝置熱能動力裝置核電站蒸汽動力裝置2. 氣體動力裝置 內(nèi)燃機2. 氣體動力裝置 燃氣輪機裝置示意圖2. 氣體動力裝置 噴氣發(fā)動機噴氣發(fā)動機噴氣發(fā)動機渦扇噴氣發(fā)動機渦扇噴氣發(fā)動機總 結(jié) 規(guī) 律1、熱機結(jié)構(gòu)相同，熱變工方式不同，但本質(zhì)相同。2、無論哪一種動力裝置都必須有工質(zhì)、熱源3、工質(zhì)的性質(zhì)不同，燃燒

3、處所不同，工質(zhì)吸熱方式不同，熱變功方式也不同，但熱能與機械能轉(zhuǎn)化的經(jīng)歷是相同的。 工質(zhì)吸熱膨脹做功排熱熱能轉(zhuǎn)換裝置三要素 高溫?zé)嵩矗◣欤篽eat reservoir of high temperature 低溫?zé)嵩矗◣欤篽eat reservoir of high temperature 工質(zhì): working fluid 熱源熱源 定義：工質(zhì)從中吸取或向之排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。定義：工質(zhì)從中吸取或向之排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩春銣責(zé)嵩春銣責(zé)嵩醋儨責(zé)嵩醋儨責(zé)嵩?工質(zhì)工質(zhì)(working substance; working medium)定義：實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)

4、化的媒介物質(zhì)。定義：實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。對工質(zhì)的要求對工質(zhì)的要求:物質(zhì)三態(tài)中物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)氣態(tài)最適宜最適宜。 1）膨脹性）膨脹性2）流動性）流動性3）熱容量）熱容量4）穩(wěn)定性，安全性）穩(wěn)定性，安全性5）對環(huán)境友善）對環(huán)境友善 6）價廉，易大量獲取）價廉，易大量獲取1-2 熱力系統(tǒng)，外界，邊界熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng)熱力系、系統(tǒng))：人為人為分割出來，作為熱分割出來，作為熱力學(xué)研究對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。力學(xué)研究對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。（人為地）（人為地） 外界外界：與體系發(fā)生質(zhì)、能交換與體系發(fā)生質(zhì)、能交換的物系。的物系。一、一、定義定義邊界邊界(界面界面)：系統(tǒng)與外界的分系統(tǒng)與外界

5、的分界面（線）。界面（線）。系統(tǒng)系統(tǒng)與與外界外界的作用都通過的作用都通過邊界邊界熱力系統(tǒng)選取的人為性鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器只交換功只交換功只交換熱只交換熱既交換功既交換功也交換熱也交換熱邊界特性真實、虛構(gòu)固定、活動固定、活動邊界可以是假想的，也可以是實際存在的，邊界可以是假想的，也可以是實際存在的，可以是固定的，也可以是移動的。可以是固定的，也可以是移動的。通常用虛線標出。通常用虛線標出。 1）系統(tǒng)與外界的人為性）系統(tǒng)與外界的人為性 2）外界與環(huán)境介質(zhì)）外界與環(huán)境介質(zhì) 3）邊界可以是：）邊界可以是： a）剛性的或可變形的或有彈性的剛性的或可變形的或

6、有彈性的 b）固定的或可移動的固定的或可移動的 c）實際的或虛擬的實際的或虛擬的注意：注意： 按組元數(shù)按組元數(shù) 單元系單元系 (one component system;pure substance system) 多元系多元系 (multicomponent system) 按相數(shù)按相數(shù) 單相系單相系 (homogeneous system) 復(fù)相系復(fù)相系 (heterogeneous system)注意：注意：1）不計恒外力場影響（）不計恒外力場影響（eg：電磁場，重力場）；：電磁場，重力場）；2）復(fù)相系未必不均勻）復(fù)相系未必不均勻濕蒸汽；濕蒸汽； 單元系未必均勻單元系未必均勻氣液平衡分離

7、狀態(tài)。氣液平衡分離狀態(tài)。 1. 按組元和相按組元和相系統(tǒng)與外界有三種相互作用形式：系統(tǒng)與外界有三種相互作用形式：質(zhì)、功、熱質(zhì)、功、熱1 1）閉口系統(tǒng)（閉口系統(tǒng)（closed systemclosed system）：）：沒有質(zhì)量越過邊界，沒有質(zhì)量越過邊界，控制質(zhì)量控制質(zhì)量CM 閉口系統(tǒng)具有恒定質(zhì)量，閉口系統(tǒng)具有恒定質(zhì)量， 但具有恒定質(zhì)量的系統(tǒng)不但具有恒定質(zhì)量的系統(tǒng)不 一定都是閉口系統(tǒng)一定都是閉口系統(tǒng)2 2）Hot Fluid Control Volume Control Surface Cold Fluid Warm Fluid Concepts & DefinitionsClosed

8、 systemquantity of matter under study Control mass Only heat and work can cross boundary of closed systemOpen systemregion in space on which attention is focused Control volume Heat and work may cross control surface Mass may also cross control surface Fluid Control Mass Control Surface 絕熱系（絕熱系（adia

9、batic system） 與外界無熱量交換與外界無熱量交換;3. 按能量交換按能量交換（isolated system）與外界無任何形式的質(zhì)能交換。孤立系統(tǒng)內(nèi)兩物孤立系統(tǒng)內(nèi)兩物體間的熱傳遞體間的熱傳遞邊界邊界系統(tǒng)系統(tǒng)T2T1QBA自然界中不存在，但又是很容易找到的。自然界中不存在，但又是很容易找到的。 熱力系統(tǒng)分類以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分： 有有 無無是否傳質(zhì)是否傳質(zhì) 開口系開口系 閉口系閉口系是否傳熱是否傳熱 非絕熱系非絕熱系 絕熱系絕熱系是否傳熱、功、質(zhì)是否傳熱、功、質(zhì) 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系 1）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別；）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別；

10、2）開口系與絕熱系的關(guān)系；）開口系與絕熱系的關(guān)系； 3）孤立系與絕熱系的關(guān)系。）孤立系與絕熱系的關(guān)系。注意：注意：1234mQW1 開口系開口系 熱力系統(tǒng)非孤立系相關(guān)外界非孤立系相關(guān)外界孤立系孤立系1+2 閉口系閉口系1+2+3 絕熱閉口系絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系孤立系三、熱力系示例三、熱力系示例 1剛性絕熱氣缸剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，活塞系統(tǒng)，B側(cè)設(shè)有電熱絲側(cè)設(shè)有電熱絲 紅線內(nèi)紅線內(nèi) 閉口絕熱系閉口絕熱系黃線內(nèi)黃線內(nèi)不包含電熱絲不包含電熱絲 閉口系閉口系蘭線內(nèi)蘭線內(nèi) 孤立系孤立系閉口系閉口系2剛性絕熱噴管剛性絕熱噴管取紅線為系統(tǒng)取紅線為系統(tǒng) 取噴管為系統(tǒng)取噴管為系統(tǒng) 開口系開口系 絕

11、熱系絕熱系? 3A、B兩部落兩部落“雞、犬之聲相聞，雞、犬之聲相聞， 民至老死不相往來民至老死不相往來”ABA部落為系統(tǒng)部落為系統(tǒng)A+B部落為系統(tǒng)部落為系統(tǒng) 閉口系閉口系 孤立系孤立系簡單可壓縮系統(tǒng)最重要的最重要的系統(tǒng)系統(tǒng) 簡單可壓縮系統(tǒng)簡單可壓縮系統(tǒng)只交換只交換熱量熱量和和一種一種準靜態(tài)的準靜態(tài)的容積變化功容積變化功容積變化功容積變化功壓縮功膨壓縮功膨脹功脹功由由可壓縮可壓縮物質(zhì)組成，物質(zhì)組成，無化學(xué)反應(yīng)無化學(xué)反應(yīng)、與外界有交、與外界有交 換換容積變化功容積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)。的有限物質(zhì)系統(tǒng)。1-3 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)狀態(tài)（狀態(tài)）：熱力學(xué)狀態(tài)（狀態(tài)）：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的某一瞬間熱力系

12、所呈現(xiàn)的宏觀物宏觀物理狀況理狀況狀態(tài)參數(shù)：狀態(tài)參數(shù)：描述物系所處狀態(tài)的描述物系所處狀態(tài)的宏觀物理量宏觀物理量二、狀態(tài)參數(shù)的二、狀態(tài)參數(shù)的特征特征：一、熱力學(xué)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)一、熱力學(xué)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù) 1狀態(tài)參數(shù)是宏觀量狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，是大量粒子的統(tǒng)計平均效應(yīng)，是大量粒子的統(tǒng)計平均效應(yīng)，只有只有平衡態(tài)平衡態(tài)才有狀態(tài)參數(shù)，系統(tǒng)有才有狀態(tài)參數(shù)，系統(tǒng)有多多個狀態(tài)參數(shù)，個狀態(tài)參數(shù)，如如SHUTVp,2、狀態(tài)的單值函數(shù)狀態(tài)的單值函數(shù)：狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確：狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然。定，反之亦然。3、狀態(tài)參數(shù)的積分特征狀態(tài)參數(shù)的積分特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量：狀態(tài)參數(shù)的變化量與路與路徑無關(guān)徑無關(guān)，

13、只與初終態(tài)有關(guān)。，只與初終態(tài)有關(guān)。1 2ab 0dz212, 12, 112abzzdzdzdz例：溫度變化例：溫度變化山高度變化山高度變化4、狀態(tài)參數(shù)的微分特征：全微分設(shè)設(shè) z z =z z (x , y)dz z是全微分是全微分yxzzdzdxdyxy充要條件：充要條件：22zzx yy x 可判斷是否可判斷是否是狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)參數(shù) 狀態(tài)參數(shù)是系統(tǒng)對應(yīng)的某種微觀特性的統(tǒng)計平均結(jié)果狀態(tài)參數(shù)是系統(tǒng)對應(yīng)的某種微觀特性的統(tǒng)計平均結(jié)果 BTwm22l 狀態(tài)參數(shù)在數(shù)學(xué)上的組合也是狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)在數(shù)學(xué)上的組合也是狀態(tài)參數(shù) 例如，熱力學(xué)溫度只不過是氣體分子運動強度在宏例如，熱力學(xué)溫度只不過是氣體分子運動

14、強度在宏觀上的反映觀上的反映 例如狀態(tài)參數(shù)例如狀態(tài)參數(shù)焓焓的定義式為的定義式為h = u + Pv，式中，式中u、P、v均為狀態(tài)參數(shù)，均為狀態(tài)參數(shù)，h是它們數(shù)學(xué)上的一種的組合，因此是它們數(shù)學(xué)上的一種的組合，因此也是系統(tǒng)的一個狀態(tài)參數(shù)也是系統(tǒng)的一個狀態(tài)參數(shù)三、狀態(tài)參數(shù)的分類強度參數(shù)：強度參數(shù)：與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù)與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù) 如壓力如壓力 p、溫度溫度T廣延參數(shù)：廣延參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)可加性可加性 如如 質(zhì)量質(zhì)量m、容積容積 V、內(nèi)能內(nèi)能 U、焓焓 H、熵熵S比參數(shù)：比參數(shù)：比容比容VvmUum比內(nèi)能比內(nèi)能Hhm比焓比焓Ssm比熵比熵單位：單位：/kg /km

15、ol 具有強度量的性質(zhì)具有強度量的性質(zhì)四、四、系統(tǒng)狀態(tài)相同的充分必要條件系統(tǒng)狀態(tài)相同的充分必要條件 系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件：系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件： 所有所有狀態(tài)參數(shù)一一對應(yīng)相等狀態(tài)參數(shù)一一對應(yīng)相等 簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件： 兩個獨立的兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)相等狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)相等1-3 (Cont.)基本狀態(tài)參數(shù)1 1、溫度溫度 T2 2、壓力壓力 p3 3、比容比容 v1、溫度傳統(tǒng)：傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。感覺，導(dǎo)熱，熱容量冷熱程度的度量。感覺，導(dǎo)熱，熱容量微觀：微觀：衡量分子平均動能的量度衡量分子平均動能的量度 T 0.50.5 m w 2測

16、溫的基礎(chǔ)測溫的基礎(chǔ) 熱力學(xué)零定律熱力學(xué)零定律如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)處于如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)處于熱熱平衡平衡，則兩個系統(tǒng)彼此必然處于，則兩個系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡熱平衡。溫度測量的理溫度測量的理論基礎(chǔ)論基礎(chǔ)B 溫度計溫度計 溫度的熱力學(xué)定義處于同一處于同一熱平衡熱平衡狀態(tài)的各個熱力系，狀態(tài)的各個熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述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此宏觀特征的物理量 溫度溫度。 溫度溫度是確定一個系統(tǒng)是否與其它系是確定一個系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于統(tǒng)處于熱平衡熱平衡的物理量的物理量溫度的測量溫度溫度計計物質(zhì)物質(zhì) （水銀，鉑電阻水銀，鉑電阻）特

17、性特性 （體積膨脹，阻值體積膨脹，阻值）基準點基準點 刻度刻度溫標溫標常用溫標絕對絕對K K攝氏攝氏 華氏華氏F F朗肯朗肯R R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔點冰熔點水三相點水三相點鹽水熔點鹽水熔點發(fā)燒發(fā)燒水沸點水沸點559.67溫標的換算O 273.15T KtCO5( 32)9tCt F 459.67t Ft R2、壓力 p 常用單位： 1 bar = 105 Pa1 MPa = 106 Pa1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa1 mm

18、Hg =133.3 Pa1 at = 735.6 mmHg = 9.80665104 Pa物理中物理中壓強壓強，單位，單位: Pa , N/m2絕對壓力與相對壓力當當 p pb表壓力表壓力 pg當當 p 有足夠時間恢復(fù)新平衡有足夠時間恢復(fù)新平衡 準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程的工程應(yīng)用例例1-1：活塞式內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速：活塞式內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速 2000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分，分，活塞活塞2沖程沖程/轉(zhuǎn)，行程轉(zhuǎn)，行程0.15米。米。活塞運動速度活塞運動速度=2000 2 0.15/60=10 m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350 m/s破壞平衡所需時間破壞平衡所需時間（外部作用時間）（外部作用

19、時間）恢復(fù)平衡所需時間恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）（馳豫時間）一般的工程過程都可認為是一般的工程過程都可認為是準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程具體工程問題具體分析。具體工程問題具體分析。“突然突然”“”“緩慢緩慢”活塞式內(nèi)燃機活塞式內(nèi)燃機1-7可逆過程的定義 系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系系統(tǒng)統(tǒng)與與外界外界同時同時恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何變化，則此過程為下任何變化，則此過程為可逆過程可逆過程。注意：注意：可逆過程只是指可逆過程只是指可能性可能性，并不，并不 是指必須要回到初態(tài)的過程。是指必須要回到初態(tài)的過程。可逆過程的實現(xiàn)準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程 + 無耗

20、散效應(yīng)無耗散效應(yīng) = 可逆過程可逆過程不平衡勢差無限小不平衡勢差無限小通過摩擦使功通過摩擦使功變熱的效應(yīng)變熱的效應(yīng)(摩摩阻，電阻，非阻，電阻，非彈性變性，磁彈性變性，磁阻等）阻等） 不平衡勢差不平衡勢差不可逆根源不可逆根源 耗散效應(yīng)耗散效應(yīng)耗散效應(yīng)耗散效應(yīng)可逆過程例可逆過程例1：氣體無摩擦、準靜態(tài)壓縮。氣體無摩擦、準靜態(tài)壓縮。絕熱壁絕熱壁 無摩擦無摩擦pp+dp壓強差保壓強差保持無限小持無限小可逆過程例可逆過程例2：系統(tǒng)系統(tǒng)T1T1+dTT1+2dTT1+3dTT2溫差無限小溫差無限小“等溫等溫”傳熱傳熱準靜態(tài)傳熱準靜態(tài)傳熱非準靜態(tài)過程非準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程，不可逆準靜態(tài)過程，不可逆準靜態(tài)過程

21、，可逆準靜態(tài)過程，可逆bcospAFfp AbcospAFfp Abcos(0)pAFp Af 例例3：作功過程：作功過程pFfpb引入可逆過程的意義 準靜態(tài)過程是實際過程的準靜態(tài)過程是實際過程的理想化理想化過程，過程， 但并非但并非最優(yōu)最優(yōu)過程，可逆過程是過程，可逆過程是最優(yōu)最優(yōu)過程。過程。 可逆過程的功與熱可逆過程的功與熱完全完全可用可用系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)工質(zhì) 的的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)表達，可不考慮系統(tǒng)與外界表達，可不考慮系統(tǒng)與外界 的復(fù)雜關(guān)系，易分析。的復(fù)雜關(guān)系，易分析。 實際過程不是可逆過程，但為了研究方實際過程不是可逆過程，但為了研究方 便，先按便，先按理想理想情況（情況（可逆過程可逆過程

22、）處理，）處理， 用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆 因素加以因素加以修正。修正。 準靜態(tài)著眼于準靜態(tài)著眼于系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)部平衡，可逆著眼于平衡，可逆著眼于 系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界作用系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界作用的總效果。的總效果。一、功一、功(work)的定義和可逆過程的功的定義和可逆過程的功 1功的力學(xué)定義功的力學(xué)定義 2功的熱力學(xué)定義：功的熱力學(xué)定義：通過邊界傳遞的能量其全部效果可通過邊界傳遞的能量其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。表現(xiàn)為舉起重物。3可逆過程功的計算可逆過程功的計算212211ddWWpA xp V功是過程量功是過程量功可以用功可以用p- -v圖上過

23、程線圖上過程線與與v軸包圍的面積表示軸包圍的面積表示1-8 過程功和熱量過程功和熱量 系統(tǒng)對外界作功為系統(tǒng)對外界作功為“+ +” 外界對系統(tǒng)作功為外界對系統(tǒng)作功為“- -”5. 功和功率的單位：功和功率的單位：JkJ或J /sWk J /sk W附：附：1kW h3600kJ4功的符號約定：功的符號約定：6討論討論有用功有用功(useful work)概念概念pluWWWW其中其中:W 膨脹功膨脹功 (compression/expansion work)；Wl 摩擦耗功；摩擦耗功；Wp 排斥大氣功。排斥大氣功。pbf用外部參數(shù)計算不可逆過程的功用外部參數(shù)計算不可逆過程的功21dWpVVpAH

24、pW00?二、廣義功二、廣義功(generalized work)簡介簡介彈性力功彈性力功表面張力功表面張力功 電極化功及磁化功等電極化功及磁化功等三、熱量（三、熱量（heat）1定義：定義：僅僅由于溫差而僅僅由于溫差而 通過邊界傳遞的能量通過邊界傳遞的能量。2符號約定：符號約定： 系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱“+”； 放熱放熱“-”3單位：單位： JkJ4計算式及狀態(tài)參數(shù)圖計算式及狀態(tài)參數(shù)圖21d(dQT SQT S可逆過程）熱量是過程量熱量是過程量（T-s圖上）表示圖上）表示四、四、熱量與功的異同：熱量與功的異同：1.均為通過邊界傳遞的能量；均為通過邊界傳遞的能量；3.功傳遞由功傳遞由壓力差壓力差推動

25、，推動，比體積比體積變化是作功標志；變化是作功標志； 熱量傳遞由熱量傳遞由溫差溫差推動，推動，比熵比熵變化是傳熱的標志；變化是傳熱的標志；4.功是物系間通過功是物系間通過宏觀運動宏觀運動發(fā)生相互作用傳遞的能量；發(fā)生相互作用傳遞的能量； 熱是物系間通過熱是物系間通過紊亂的微粒運動紊亂的微粒運動發(fā)生相互作用而傳遞發(fā)生相互作用而傳遞的能量。的能量。功功2.均為均為過程量過程量；熱是無條件的；熱是無條件的；熱熱功是有條件、限度的。功是有條件、限度的。示功圖與示熱圖pVWTSQ 示功圖示功圖溫熵溫熵(示熱示熱)圖圖pdVWTdSQ 一氣缸活塞內(nèi)的氣體由初態(tài)一氣缸活塞內(nèi)的氣體由初態(tài)p1=0.5MPa,V1

26、=0.1m3,緩緩慢膨脹到慢膨脹到V20.4m3,若過程中壓力與體積的關(guān)系為若過程中壓力與體積的關(guān)系為pV=常數(shù)，試求氣體所做的膨脹功。常數(shù)，試求氣體所做的膨脹功。解：由解：由PV=常數(shù)得常數(shù)得常數(shù)11VppVVVpp1131.691 . 04 . 0ln1 . 0105 . 0ln312112111212111VVVpVdVVpdVVVppdVWkJ例例1 某種氣體在氣缸中進行一緩慢膨脹過程，某種氣體在氣缸中進行一緩慢膨脹過程，其其體積體積由由0.1m3增加到增加到0.25m3，過程中氣體，過程中氣體壓力循壓力循P=0.24 0.4V（PMPa，Vm3）變化。若過程中氣缸與活塞的變化。若過程

27、中氣缸與活塞的摩擦摩擦保持為保持為1200 N，當?shù)兀數(shù)卮髿鈮毫榇髿鈮毫?.1 MPa，氣缸截氣缸截面面積為面面積為0.1 m2，試求，試求:(1)氣體所作的氣體所作的膨脹膨脹功功W；(2)系統(tǒng)輸出的系統(tǒng)輸出的有用功有用功Wu；(3)若活塞若活塞與氣缸與氣缸無摩擦無摩擦，系統(tǒng)輸出的，系統(tǒng)輸出的有用功有用功Wu,re。 例例2wuFrPb 解：解：按題意，認為該氣體膨脹為內(nèi)部可逆過程。按題意，認為該氣體膨脹為內(nèi)部可逆過程。 MJ 0255. 0)1 . 025. 0(214 . 0) 1 . 025. 0(24. 0d4 . 0d24. 0d)4 . 024. 0(d2225. 01 .

28、025. 01 . 02121VVVVVVPWVV 活塞移動的距離：活塞移動的距離： m 5 . 11 . 01 . 025. 012AVVL 氣體為克服摩擦所作的功：氣體為克服摩擦所作的功： L F = 1.5 1200 = 1800 J=0.0018 MJ 氣體的過程功（膨脹功）氣體的過程功（膨脹功） 2022-6-3083氣體膨脹時克服大氣壓力所作的功：氣體膨脹時克服大氣壓力所作的功： Pb AL = 0.1 0.1 1.5 = 0.015 MJ 因此，氣體膨脹過程中系統(tǒng)輸出的有用功：因此，氣體膨脹過程中系統(tǒng)輸出的有用功： Wu = 膨脹功膨脹功 克服摩擦的功克服摩擦的功 克服大氣壓力的

29、功克服大氣壓力的功 = 0.0255 0.0018 0.015 = 0.0087 MJ 若活塞與氣缸無摩擦（過程可逆），則系統(tǒng)輸出的有若活塞與氣缸無摩擦（過程可逆），則系統(tǒng)輸出的有用功為用功為 Wu,re = 0.0255 0.015 = 0.0105 MJ 例例 3 3氣缸（如圖示），內(nèi)充以氣缸（如圖示），內(nèi)充以空氣空氣，氣缸的截，氣缸的截面積面積F = 100 cm2，活塞距底面高度，活塞距底面高度L=10 cm，活塞及其上負載的總重量是，活塞及其上負載的總重量是195 kg 。當?shù)氐拇髿鈮毫Ξ數(shù)氐拇髿鈮毫b = 771 mmHg，環(huán)境溫度環(huán)境溫度t0 = 27，氣缸內(nèi)氣體恰與外界處于熱

30、力，氣缸內(nèi)氣體恰與外界處于熱力平衡。倘使把活塞上的負載平衡。倘使把活塞上的負載取去取去100 kg，活塞將上，活塞將上升，最后與外界重新達到熱力平衡。升，最后與外界重新達到熱力平衡。設(shè)氣體可以通過氣缸壁設(shè)氣體可以通過氣缸壁充分和外界換熱充分和外界換熱，所以達到，所以達到熱力平衡以后，氣缸內(nèi)氣體的溫度等于環(huán)境介質(zhì)的熱力平衡以后，氣缸內(nèi)氣體的溫度等于環(huán)境介質(zhì)的溫度。溫度。求活塞上升的距離、氣缸內(nèi)氣體總共所作的功，以求活塞上升的距離、氣缸內(nèi)氣體總共所作的功，以及氣體與環(huán)境的換熱量。及氣體與環(huán)境的換熱量。 2022-6-3085 解：解：按題述，氣體在外界與系統(tǒng)存在有限壓差情況下按題述，氣體在外界與系

31、統(tǒng)存在有限壓差情況下進行膨脹，過程是進行膨脹，過程是非準靜非準靜的，的，不可逆不可逆的的 視空氣為理想氣體。按題給，氣體所受外力為視空氣為理想氣體。按題給，氣體所受外力為 Pa 3 .2940691001081. 91954 .13377141b1FGPPPa 3 .1959691001081. 9)100195(4 .13377142b2FGPP由理想氣體狀態(tài)方程由理想氣體狀態(tài)方程222111TVPTVP因因T1= T2，有，有 12121221LLLFLFVVPP a) 活塞上升的距離活塞上升的距離 b) 氣體克服外力膨脹時總共作功為氣體克服外力膨脹時總共作功為 c) 因氣體溫度不變，因氣體溫度不變，U=0，由熱力學(xué)第一定律，氣，由熱力學(xué)第一定律，氣體與環(huán)境介質(zhì)的換熱量為體與環(huán)境介質(zhì)的換熱量為12121221LLLFLFVVPPcm 5) 13 .1959693 .294069(10) 1(211112112PPLLLPPLLLJ 00.981053.195969101002