第一章基本概念及定義1-1熱力學系統Thermodynamicsystem

熱力學系統（熱力系統、熱力系、系統）—人為劃分出的，含有一定物質的特定區域。

—Adefinitequantityofmattermostoftencontainedwithinsomeclosedsurface.

外界—系統之外與能量轉換過程有關的一切其他物質。

邊界—分割系統與外界的界面。在邊界上可以判斷系統與外界間所傳遞的能量和質量的形式和數量。邊界可以是實際的、假想的、固定的，或活動的。Chapter1BasicConceptsandDefinitions1第一章基本概念及定義系統的分類：閉口系統：與外界無質量交換（控制質量）。開口系統：與外界有質量交換（控制容積）。絕熱系統：與外界無熱量交換。孤立系統：與外界既無能量（功量、熱量）交換，又無質量交換的系統。＊熱源：具有無限熱量儲存能力的假想熱力系統，其作用只是與其他系統交換熱量，交換的結果其溫度不發生任何變化。高溫熱源：向其他系統供熱的熱源（熱源）；低溫熱源：吸收其他系統放出熱量的熱源（熱匯，冷源）。系統的選取，取決于分析問題的需要及分析方法上的方便。2第一章基本概念及定義1-2熱力學系統的狀態及基本狀態參數

熱力學狀態—熱力學系統所處的宏觀狀況。

狀態參數—描述系統熱力學狀態的宏觀物理量。

基本狀態參數—可以直接測量得到的狀態參數（p、v、T）。

導出狀態參數—由基本狀態參數計算得到的狀態參數（u、h、s等）。狀態參數僅決定于狀態，即對應某確定的狀態，就有一組狀態參數。反之，一組確定的狀態參數就可以確定一個狀態。其數值僅決定于狀態，而與達到該狀態的途徑無關。因此，狀態參數的變化可表示為（以壓力p為例）：相應地，狀態參數的微增量具有全微分的性質，即3第一章基本概念及定義一、比體積v二、壓力（壓強）p三、溫度T

絕對溫度，攝氏溫度

t℃＝T－273.15K絕對壓力：氣體的真實壓力相對壓力（表壓力、真空度）：壓力計顯示的壓力基本狀態參數：4第一章基本概念及定義1-3平衡狀態和狀態參數坐標圖平衡狀態—在沒有外界影響的條件下，熱力系統的宏觀狀況不隨時間變化的狀態。平衡條件：熱平衡(例)力平衡(例)化學平衡

狀態公理：對于組成一定的閉系而言，可用n+1個獨立的狀態參數來限定它，這里，n是與系統有關的準靜功個數，1是考慮了系統與外界的熱交換。

簡單可壓縮系統，n＝1，所以用兩個狀態參數就可以確定一個狀態。5第一章基本概念及定義1-4狀態方程式狀態方程式：三個基本狀態參數（p、v、T）之間的函數關系：F(p，v，T)＝0顯函數形式：T＝f1(p，v)，p＝f2(v，T)，v＝f3(p，T)

理想氣體狀態方程式（克拉貝龍方程）：

對1mol理想氣體pVm＝RT

R—摩爾氣體常數，R＝8.314510J/(mol·K)

對1kg理想氣體pv＝RgT

Rg＝R/M—氣體常數，M—摩爾質量。

nmol理想氣體

pV＝RT，

mkg理想氣體

pV＝RgT

理想氣體—相互之間沒有作用力的質點組成的可壓流體。6第一章基本概念及定義1-5熱力過程和準靜態過程

熱力過程—熱力學狀態連續變化的歷程。

非準靜態過程—系統經歷一系列不平衡狀態的過程。

準靜態過程—系統經歷一系列無限接近平衡狀態的過程。準靜態過程進行的條件：推動過程的作用無限小。7第一章基本概念及定義

實際過程是否可以作為準靜態過程來處理？這取決于所謂弛豫時間。

弛豫時間—氣體的平衡狀態被破壞后恢復平衡所需的時間。大部分實際過程可以近似地當做準靜態過程。因為氣體分子熱運動的平均速度可達每秒數百米以上，氣體壓力傳播的速度也達每秒數百米，因而在一般工程設備具有的有限空間中，氣體的平衡狀態被破壞后恢復平衡所需的時間，即所謂弛豫時間非常短。例如，內燃機的活塞運動速度僅每秒十余米，與其中的氣體分子熱運動的平均速度相比相差一個數量級，因此，當機器工作時氣體工質內部能及時地不斷建立平衡狀態，而工質的變化過程很接近準靜態過程8第一章基本概念及定義1-6準靜態過程的功

力學中功的定義：W＝Fx

熱力學中對功的定義：熱力過程中，熱力系統與邊界間，越過邊界而傳遞的能量，若其全部作用效果可表現為使物體改變宏觀運動的狀態，則這種傳遞的能量稱為功。可見：功是過程量；功是傳遞的能量（瞬時量）。直接由系統容積變化與外界間發生作用而傳遞的功稱為容積變化功（膨脹功或壓縮功）。對于由氣缸和活塞所包圍的熱力系統，進行一個微元過程中，如活塞所受推力為F,位移為dx,則系統對外界作的膨脹功為：

δW=Fdx9第一章基本概念及定義對準靜態過程，F=pA,所以，δW=Fdx

當系統由狀態1到狀態2進行一個準靜態過程時，系統對外界所作的功可表示為：單位質量氣體以及功在p-v圖上的表示：功的符號：系統對外作功為正；外界對系統作功為負。10第一章基本概念及定義1-7熱量

熱量—熱力過程中，僅僅由于溫度不同，在系統與外界間越過邊界而傳遞的能量。可見：熱量是過程量；熱量是傳遞的能量（瞬時量）。熱量是物體間通過紊亂的分子運動發生相互作用而傳遞的能量；而功則是物體間通過有規則的微觀運動或宏觀運動發生相互作用而傳遞的能量。熱量的符號：系統吸熱時熱量為正，系統放熱時熱量為負。熱量與功量的類比勢（勢參數）—推動能量傳遞的作用力。如p,T.

狀態坐標—其變化可作為衡量某種能量傳遞作用的標志。如v。

11第一章基本概念及定義功量：

勢：p

狀態坐標:V熱量

勢：T

狀態坐標:

？

取描述熱量傳遞的狀態坐標為熵：S,單位：J/K。所以有對1kg工質，則有：和：12第一章基本概念及定義比熱容及用比熱容計算熱量1kg物質溫度升高1K(或1℃)所需的熱量稱為物質的質量熱容或比熱容，符號為c，單位為J/(kg·K)，即

熱量是過程量。定容過程的比熱容稱為比定容熱容，用cV表示。則有和定壓過程和三種熱容的關系：

Cp,m=22.4×1000×Cp=Mcp熱量的計算：13第一章基本概念及定義1-8熱力循環

熱力循環（循環）—封閉的熱力過程。系統由初始狀態出發，經過一系列中間狀態回到初始狀態循環的凈功量：循環的凈熱量：14第一章基本概念及定義

1-1何謂平衡狀態？

1-2當熱力學系統的狀態不隨時間而改變時，稱為系統處于穩定狀態。試分析穩定狀態和平衡狀態是否相同？

1-3當熱力學系統內的溫度和壓力等狀態參數均勻一致時，稱為系統處于均勻狀態。試分析均勻狀態和平衡狀態是否相同？

1-4何謂理想氣體？其實際意義何在？

1-5試說明1mol理想氣體狀態方程式的通用性，并從宏觀及微觀兩方面描述其物理現象的特征。

1-6何謂準靜態過程？實現準靜態過程的條件是什么？

1-7在非靜態過程中，系統的容積變化功是否可以表示為