沈陽航空航天大學工程熱力學課件第4章目錄4.1熱力學基本概念4.2熱力學第一定律4.3理想氣體的熱力過程4.4熱力學第二定律4.5熵與熵增原理014.1熱力學基本概念Part熱力系統的分類根據不同的分類標準，熱力系統可以分為多種類型，如閉口系統和開口系統、孤立系統、絕熱系統和等溫系統等。熱力系統的狀態熱力系統的狀態是指系統內部物理量（如溫度、壓力、比容等）的總體表現，可以通過狀態參數來描述。熱力系統定義熱力系統是熱力學研究的對象，是指被一定邊界所包圍的，具有確定的初始狀態和邊界條件的物質和能量的總體。熱力系統狀態和狀態參數狀態定義狀態是指熱力系統在某一時刻所呈現出的物理量（如溫度、壓力、比容等）的總體表現。狀態參數描述熱力系統狀態的物理量稱為狀態參數，如溫度、壓力、比容、焓等。狀態方程描述熱力系統狀態之間關系的數學方程稱為狀態方程，如理想氣體狀態方程等。平衡態定義平衡態是指熱力系統內部各部分之間不存在宏觀的凈熱量傳遞和凈功傳遞的狀態。平衡態的特性平衡態具有穩定性、均勻性和可逆性等特性，即當系統受到微小擾動時，平衡態會恢復到原來的狀態。平衡態的分類根據不同的分類標準，平衡態可以分為多種類型，如穩定平衡態和不穩定平衡態、絕對平衡態和相對平衡態等。熱力平衡態024.2熱力學第一定律PartSTEP01STEP02STEP03熱力學能定義熱力學能是系統狀態的單值函數，只與系統的狀態有關，與系統經歷的過程無關。特性影響因素溫度、體積和物質的量等狀態參量影響熱力學能。熱力學能，也稱為內能，是指一個系統內部所有微觀粒子所具有的動能和勢能的總和。熱力學第一定律表明，在一個封閉系統中，能量不能憑空產生或消失，只能從一種形式轉化為另一種形式。熱力學第一定律反映了能量轉換與傳遞的規律，即系統吸收或釋放的熱量可以轉化為系統其他形式的能量。熱力學第一定律的實質轉換與傳遞能量守恒表達式$DeltaU=Q+W$解釋$DeltaU$表示系統熱力學能的增量，$Q$表示系統吸收或釋放的熱量，$W$表示系統對外界所做的功。熱力學第一定律的數學表達式034.3理想氣體的熱力過程Part理想氣體是一種理想化的氣體模型，假設氣體分子之間沒有相互作用力，分子自身不占有空間，且氣體分子的大小和氣體分子之間的距離相比可以忽略不計。理想氣體狀態方程描述理想氣體狀態變量之間關系的方程，通常形式為PV=nRT，其中P表示壓力，V表示體積，n表示摩爾數，R表示氣體常數，T表示溫度。理想氣體的概念理想氣體的狀態方程基于氣體分子假設和理想氣體狀態變量的定義，通過數學推導得到理想氣體狀態方程。理想氣體狀態方程的推導用于描述理想氣體的壓力、體積、溫度等狀態變量之間的關系，是工程熱力學中重要的基本方程之一。理想氣體狀態方程的應用理想氣體的熱力過程等溫過程氣體在恒定溫度下進行的熱力過程，過程中氣體的溫度保持不變。等熵過程氣體在可逆絕熱過程中熵值保持不變的過程，是工程中常用的一種理想化過程。等容過程氣體在保持體積不變的情況下進行的熱力過程，過程中氣體的體積保持不變。等壓過程氣體在恒定壓力下進行的熱力過程，過程中氣體的壓力保持不變。044.4熱力學第二定律Part可逆過程與不可逆過程在理想情況下，沒有能量損失并且可以逆轉的過程。例如，理想氣體等溫膨脹或壓縮。可逆過程在實際情況下，由于能量損失而不能逆轉的過程。例如，熱量傳遞給溫度更高的物體后，無法完全回收。不可逆過程熱力學第二定律的表述熱力學第二定律指出，自發過程中，熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體，而不是自發地從低溫物體傳遞到高溫物體。這意味著，在沒有外部能量輸入的情況下，封閉系統的總熵（代表無序程度）只可能增加，不可能減少。由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成的理想化熱機循環。卡諾循環任何工作在給定高溫和低溫之間的真實熱機的效率都不可能超過相同溫度下的卡諾熱機的效率。卡諾定理卡諾循環與卡諾定理054.5熵與熵增原理Part熵熵是熱力學中的一個狀態參數，用于描述系統混亂度或無序度的量。熵的物理意義熵表示系統內分子運動的無規則程度，其值越大，表示系統內分子運動越無規則。熵的數學定義熵S與系統的微觀狀態數目N有關，其數學表達式為S=k*lnN，其中k為玻爾茲曼常數。熵的定義03熵增原理的適用范圍熵增原理適用于孤立系統，即系統與外界沒有能量和物質交換。01熵增原理在封閉系統中，如果沒有外力作用，系統的熵總是不斷增加的，即系統總是自發地向著更加混亂無序的方向發展。02熵增原理的物理意義熵增原理表明，孤立系統總是向著分子運動更加無規則、混亂度更高的方向發展。熵增原理熵在熱力學第二定律中的地位熵是熱力學第二定律的核心概念，它描述了系統內部能量轉化的方向和限度。熵在熱力學第二定律中的作用熵可以用