1第一章基本概念BasicConceptsandDefinition1-1熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換過(guò)程1-2熱力系統(tǒng)1-3工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4平衡狀態(tài)1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程1-6功和熱量1-7熱力循環(huán)2一、熱能動(dòng)力裝置(Thermalpowerplant)定義：從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能得到動(dòng)力的整套設(shè)備。熱動(dòng)力機(jī)（熱機(jī)）：

熱能機(jī)械能分類共同本質(zhì)：由媒介物通過(guò)吸熱—膨脹作功—排熱

氣體動(dòng)力裝置(combustiongaspowerplant)

內(nèi)燃機(jī)(internalcombustiongasengine)

燃?xì)廨啓C(jī)裝置(gasturbinepowerplant)

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(jetpowerplant)……

蒸氣動(dòng)力裝置

(steampowerplant)

蒸汽輪機(jī)、鍋爐1-1熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程3二、工質(zhì)(workingsubstance;workingmedium)定義：實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。對(duì)工質(zhì)的要求:物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜。

1）膨脹性

2）流動(dòng)性

3）熱容量

4）穩(wěn)定性，安全性

5）對(duì)環(huán)境友善

6）價(jià)廉，易大量獲取4三、熱源(heatsource;heatreservoir)

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)嵩础獰嵩?/p>

（

heatsource）低溫?zé)嵩础湓矗╤eatsink）?恒溫?zé)嵩?constantheatreservoir)

變溫?zé)嵩?1-2熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）外界和邊界?系統(tǒng)(thermodynamicsystem,system)

人為分割出來(lái)，作為熱力學(xué)研究對(duì)象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。?

外界(surrounding)：與體系發(fā)生質(zhì)、能交換的物系。?邊界(boundary)：系統(tǒng)與外界的分界面（線）。一、定義6二、系統(tǒng)及邊界示例?汽車發(fā)動(dòng)機(jī)7?汽缸-活塞裝置（閉口系例）8?移動(dòng)和虛構(gòu)邊界91）系統(tǒng)與外界的人為性

2）外界與環(huán)境介質(zhì)

3）邊界可以是：

a）剛性的或可變形的或有彈性的

b）固定的或可移動(dòng)的

c）實(shí)際的或虛擬的注意：10三、熱力系分類

按組元數(shù)

單元系(onecomponentsystem;puresubstancesystem)

多元系(multicomponentsystem)按相數(shù)單相系(homogeneoussystem)

復(fù)相系(heterogeneoussystem)注意：1）不計(jì)恒外力場(chǎng)影響；

2）復(fù)相系未必不均勻—濕蒸汽；單元系未必均勻—?dú)庖浩胶夥蛛x狀態(tài)。

1.按組元和相11

閉口系（closedsystem）

（控制質(zhì)量CM）

—沒(méi)有質(zhì)量越過(guò)邊界

開(kāi)口系（opensystem）

（控制體積CV）

—通過(guò)邊界與外界有質(zhì)量交換2.按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換12

1）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別；p30思考題1-1

2）開(kāi)口系與絕熱系的關(guān)系；p30思考題1-2

3）孤立系與絕熱系的關(guān)系。注意：4.簡(jiǎn)單可壓縮系（simplecompressiblesystem）

—由可壓縮物質(zhì)組成，無(wú)化學(xué)反應(yīng)、與外界有交換容積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)。絕熱系（adiabaticsystem）—

與外界無(wú)熱量交換;

孤立系（isolatedsystem）—

與外界無(wú)任何形式的質(zhì)能交換。3.按能量交換13四、熱力系示例

剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，B側(cè)設(shè)有電熱絲

取A側(cè)工質(zhì)（紅線內(nèi)）—閉口絕熱系取B側(cè)工質(zhì)——黃線內(nèi)不包含電熱絲）—閉口系——黃線內(nèi)包含電熱絲—閉口絕熱系A(chǔ)+B+電源及加熱絲（蘭線內(nèi)）—孤立系141-3工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)和基本狀態(tài)參數(shù)

熱力學(xué)狀態(tài)（stateofthermodynamicsystem）

—系統(tǒng)宏觀物理狀況的綜合

狀態(tài)參數(shù)（stateproperties）

—描述物系所處狀態(tài)的宏觀物理量

1．狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，是大量粒子的統(tǒng)計(jì)平均效應(yīng)，只有平衡態(tài)才有狀態(tài)參數(shù)？，系統(tǒng)有多個(gè)狀態(tài)參數(shù)，如一、熱力學(xué)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)二、狀態(tài)參數(shù)的特性和分類152．狀態(tài)的單值函數(shù)物理上—與過(guò)程無(wú)關(guān)；數(shù)學(xué)上—其微量是全微分。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)163．狀態(tài)參數(shù)分類

(1)廣延量（extensiveproperty）:

與系統(tǒng)的量有關(guān)，有可加性；如體積、熱力學(xué)能等；

(2)強(qiáng)度量（intensiveproperty

）：與系統(tǒng)的量無(wú)關(guān)，無(wú)可加性，如溫度、壓力等。

又：廣延量的比性質(zhì)具有強(qiáng)度量特性，如比體積工程熱力學(xué)約定用小寫字母表示單位質(zhì)量參數(shù)。17三、基本狀態(tài)參數(shù)

工程熱力學(xué)中常用的狀態(tài)參數(shù)有壓力、溫度、體積、比熱力學(xué)能、比焓、比熵等，其中可以直接測(cè)量的狀態(tài)參數(shù)有壓力、溫度、體積，稱為基本狀態(tài)參數(shù)。

18（一）溫度和溫標(biāo)（temperatureandtemperaturescale）

溫度是反映物體冷熱程度的物理量。溫度的高低反映物體內(nèi)部微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱。

當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，它們之間將發(fā)生熱量傳遞，如果沒(méi)有其它物體影響，這兩個(gè)物體的溫度將逐漸趨于一致，最終將達(dá)到熱平衡（即溫度相等）。所以溫度是熱平衡的判據(jù)。（1）溫度的物理意義溫度相等

熱平衡

19（2）熱力學(xué)第零定律：

(zerothlawofthermodynamics)

如果兩個(gè)物體中的每一個(gè)都分別與第三個(gè)物體處于熱平衡，則這兩個(gè)物體彼此也必處于熱平衡。熱力學(xué)第零定律是溫度測(cè)量的理論依據(jù)。ABC溫度：可以確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其他系統(tǒng)處于熱平衡的物理量。是一個(gè)強(qiáng)度量。20（3）溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法。

建立溫標(biāo)的三個(gè)要素：a.選擇溫度的固定點(diǎn)，規(guī)定其數(shù)值；b.確定溫度標(biāo)尺的分度方法和單位；c.選擇某隨溫度變化的物性作為溫度測(cè)量的依據(jù)。21攝氏溫標(biāo):

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水的冰點(diǎn)溫度為0℃

，純水的沸點(diǎn)溫度為100℃，純水的三相點(diǎn)（固、液、汽三相平衡共存的狀態(tài)點(diǎn)）溫度為0.01℃。

瑞典天文學(xué)家攝爾修斯（Celsius）于1742年建立。用攝氏溫標(biāo)確定的溫度稱為攝氏溫度，用符號(hào)t表示，單位為℃。

選擇水銀的體積作為溫度測(cè)量的物性，認(rèn)為其隨溫度線性變化，并將0℃

和100℃溫度下的體積差均分100份，每份對(duì)應(yīng)1℃。

22華氏溫標(biāo)：

1714年，德國(guó)物理學(xué)家華倫海特將水銀密封在管子中，利用水銀隨溫度的漲縮做為指示器，并在管子上設(shè)一個(gè)等級(jí)刻度表，使溫度可以定量地讀出。用符號(hào)

他把在實(shí)驗(yàn)室所得到的最低溫度設(shè)為零，這是由鹽和水的混合液測(cè)量得到的，而后他將純水的冰點(diǎn)設(shè)為32度，沸點(diǎn)設(shè)為212度。23

用熱力學(xué)溫標(biāo)確定的溫度稱為熱力學(xué)溫度，用符號(hào)T表示，單位為K（開(kāi)）。

熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）:

英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文（Kelvin)在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上建立，也稱開(kāi)爾文溫標(biāo)。

熱力學(xué)溫標(biāo)取水的三相點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，并定義其溫度為273.16K。溫差1K相當(dāng)于水的三相點(diǎn)溫度的1/273.16。

熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系：溫差:1K=1℃t=T

–273.15K24

極寒－40℃或低于此值奇寒－35～－39.9℃

酷寒－30～－34.9℃

嚴(yán)寒－20～－29.9℃

深寒－15～－19.9℃

大寒－10～－14.9℃

小寒－5～－9.9℃

輕寒－4.9～0℃

微寒0～4.9℃

涼5～9.9℃

溫涼10～11.9℃

微溫涼12～13.9℃

溫和14～15.9℃

微溫和16～17.9℃

溫暖18～19.9℃

暖20～21.9℃

熱22～24.9℃

炎熱25～27.9℃

暑熱28～29.9℃

酷熱30～34.9℃

奇熱35～39℃

極熱高于40℃科學(xué)家給地球上的氣溫劃分了等級(jí)25華氏溫標(biāo)和朗肯溫標(biāo)華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)附：{T}°R={t}℉

+459.67{t}℃=5/9[{t}℉-32]{t}℉

=9/5{t}℃

+3226定義：?jiǎn)挝幻娣e上所受到的垂直作用力（即壓強(qiáng)）

（二）壓力(pressure)單位

:Pa（帕），1Pa=1N/m2，1MPa=103kPa=106Pa常用壓力單位：

1bar（巴）=105Pa

1atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）

=1.013105Pa

1at（工程大氣壓）

=0.981105Pa

1mmH2O（毫米水柱）

=9.81Pa1mmHg（毫米汞柱）

=133.3Pa

微觀解釋及影響因素？27壓力的測(cè)量值表壓力pe（pg）(gaugepressure;manometerpressure)真空度pv(vacuum;vacuumpressure)絕對(duì)壓力p(absolutepressure)當(dāng)?shù)卮髿鈮簆b(localatmosphericpressure)環(huán)境大氣壓與當(dāng)?shù)卮髿鈮篜30思考題1-4P33習(xí)題1-92829（三）、比體積和密度比體積(specificvolume)（微觀解釋？）單位質(zhì)量工質(zhì)的體積密度(density)單位體積工質(zhì)的質(zhì)量?jī)烧哧P(guān)系:301-4平衡狀態(tài)一、平衡狀態(tài)（thermodynamicequilibriumstate）溫差

—

熱不平衡勢(shì)

壓差

—

力不平衡勢(shì)

化學(xué)反應(yīng)

—

化學(xué)不平衡勢(shì)

大量（粒子）微粒自身的本領(lǐng)——粒子間相互碰撞平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢(shì)差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)始終保持不變，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

在不受外界影響的情況下，系統(tǒng)整體處于什么樣的狀態(tài)呢？31平衡與穩(wěn)定穩(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)變化穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定32平衡與均勻平衡：時(shí)間上均勻：空間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的33為什么只研究系統(tǒng)的平衡狀態(tài)？只有系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，才能作為一個(gè)整體，來(lái)分析討論通過(guò)邊界與外界發(fā)生能量的傳遞和交換，此時(shí)該系統(tǒng)具有唯一的確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述。34二、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：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)？35狀態(tài)公理（statepostulate）N—系統(tǒng)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)數(shù)；n—系統(tǒng)與外界交換的廣義功個(gè)數(shù)。簡(jiǎn)單可壓縮系與外界僅有容積變化功一種形式

N=n+1

N=1+1=236狀態(tài)方程簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N

=n

+1=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)方程的具體形式取決于工質(zhì)的性質(zhì)如：理想氣體狀態(tài)方程為：37狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖（parametriccoordinates）

簡(jiǎn)單可壓縮系只有兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，所以可用平面坐標(biāo)上一點(diǎn)確定其狀態(tài)，反之任一狀態(tài)可在平面坐標(biāo)上找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)，如：pv1）系統(tǒng)任何平衡態(tài)可表示在坐標(biāo)圖上說(shuō)明：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2138一、準(zhǔn)平衡（靜態(tài)）過(guò)程(quasi-staticprocess;quasi-equilibriumprocess)1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過(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)單描述只有經(jīng)歷狀態(tài)變化過(guò)程，才會(huì)發(fā)生能量的傳遞與交換39一般熱力過(guò)程p1

=p0+重物p，Tp0T1

=T0突然去掉重物最終p2

=

p0T2

=

T0pv12..40準(zhǔn)平衡過(guò)程p1

=

p0+重物p，Tp0T1=

T0假如重物有無(wú)限多層每次只去掉無(wú)限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)41準(zhǔn)平衡過(guò)程與一般熱力過(guò)程的不同之處中間變化狀態(tài)是否可以假設(shè)為一系列平衡狀態(tài)點(diǎn)疑問(wèn)：理論上準(zhǔn)平衡應(yīng)無(wú)限緩慢，工程上怎樣處理？42準(zhǔn)平衡過(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)平衡過(guò)程無(wú)限小43有摩擦力時(shí)無(wú)摩擦?xí)r在準(zhǔn)平衡過(guò)程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論：pFfpb44二、可逆過(guò)程(reversibleprocess)

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。(1)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。(2)可逆過(guò)程是一個(gè)理想過(guò)程。實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程，如傳熱、混合、擴(kuò)散、滲透、溶解、燃燒、電加熱等。注意：45可逆過(guò)程的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)平衡過(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)46自由膨脹不作功，典型的不可逆過(guò)程。

P31思考題：1—11、12容器為剛性絕熱，抽去隔板，重又平衡，過(guò)程性質(zhì)。逐個(gè)抽去隔板，又如何？

準(zhǔn)平衡過(guò)程著眼于系統(tǒng)內(nèi)部平衡，可逆過(guò)程著眼于系統(tǒng)內(nèi)部以及與之相互作用的外界的總效果。47引入可逆過(guò)程的意義(1)準(zhǔn)平衡過(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。

(2)實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過(guò)程）處理，然后考慮不可逆因素加以修正。同時(shí)還能對(duì)該過(guò)程加以改進(jìn)，減少能量的耗散。48一、功(work)的定義和可逆過(guò)程的功

1．功的力學(xué)定義:力×在力的方向上的位移

2．功的熱力學(xué)定義：通過(guò)邊界傳遞的能量其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。3．可逆過(guò)程功的計(jì)算▲功是過(guò)程量▲功可以用p-V圖上過(guò)程線與v軸包圍的面積表示1-6功和熱量

49

系統(tǒng)對(duì)外作功為“+”

外界對(duì)系統(tǒng)作功為“-”5．功和功率的單位：附：4．功的符號(hào)約定：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)所作的功，用w表示，單位：J/kg506．討論有用功(usefulwork)概念其中:

W—膨脹功(compression/expansionwork)；

Wl—摩擦耗功；

Wp＿排斥大氣功。pbf51用外部參數(shù)計(jì)算不可逆過(guò)程的功?52二、廣義功(generalizedwork)簡(jiǎn)介彈性力功表面張力功

電極化功及磁化功等53三、熱量（heat）1．定義：僅僅由于溫差而通過(guò)邊界傳遞的能量。2．符號(hào)約定：系統(tǒng)吸熱“+”；放熱“-”3．單位：

4．計(jì)算式及狀態(tài)參數(shù)圖熱量是過(guò)程量（T-S圖上）表示54熵的初步了解：過(guò)程量可逆過(guò)程公式過(guò)程推動(dòng)力過(guò)程標(biāo)志W(wǎng)pdVQTdSP，T為強(qiáng)度量，V廣延量熵S為廣延量，單位：J/K比熵s，單位：J/(kg·K）熵的定義式：55四、熱量與功的異同：

1.均為通過(guò)邊界傳遞的能量；

3.功傳遞由壓力差推動(dòng)，體積變化是作功標(biāo)志；熱量傳遞由溫差推動(dòng)，熵變化是傳熱的標(biāo)志；

4.功是物系間通過(guò)宏觀運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用傳遞的能量；熱能機(jī)械能熱是物系間通過(guò)紊亂的微粒運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用而傳遞的能量。熱能熱能功2.均為過(guò)程量；熱是無(wú)條件的；熱功是有條件、限度的。561-7熱力循環(huán)要實(shí)現(xiàn)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)。不可逆循環(huán)分類：可逆過(guò)程不可逆循環(huán)可逆循環(huán)封閉的熱力過(guò)程，特性：一切狀態(tài)參數(shù)恢復(fù)原值，即57正向循環(huán)（動(dòng)力循環(huán)）（directcycle;powercycle）輸出凈功；在p－v圖及T－s圖上順時(shí)針進(jìn)行；膨脹線在壓縮線上方；吸熱線在放熱線上方。58逆向循環(huán)(reversecycle)

▲制冷循環(huán)(refrigerationcycle)

▲熱泵循環(huán)(heat-pumpcycle)

一般地講：輸入凈功；