工程热力学 第一章 基本概念

工程热力学 第一章 基本概念梳理，包括准静态过程及可逆过程、热力系统、状态及状态参数、热量和功量等等。

第一章 基本概念

• 热力系统、状态及状态参数
  • 1. 系统、边界与外界
    • 被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统，周围物体统称为外界， 热力系统与外界的交界称为边界
  • 2.热力系统分类
    • 物质 交换
      • 闭口系：与外界无物质交换，质量保持不变
      • 开口系：与外界有物质交换，体积保持不变
    • 能量 交换
      • 热源：与外界仅有热量交换，且有限热量的交 换不会引起温度变化。
      • 绝热系：与外界无热量交换
      • 孤立系：与外界无任何形式的能量和物质交换
      • 简单可压缩系：与外界只有热量和可逆体积变 化功的交换
    • 物理化学性质
    • 工质种类
    • 相态
• 工质的热力状态及其基本状态参数
  • 热力系统状态
    • 热力学系统某一瞬间所处的宏观物理状况
  • 热力系统状态参数：
    • 描述系统所处状态的宏观物理量
      • 常用状态参数：p T v U H S
        • 温度T，冷热程度的度量
          • 决定系统间是否存在热平衡的物理量
        • 压力 p，单位面积上承受的垂直作用力（即 物理学中的压强）
          • 只有绝对压力是状态参数
        • 比体积 ν，单位质量工质所占据的体积
  • 状态参数特征：
    • 状态确定，状态参数确定，反之亦然
    • 状态参数的变化量只与初终态有关，与路径无关。
• 平衡状态、状态公理
  • 热力系统状态
    • 热力学系统某一瞬间所处的宏观物理状况
  • 平衡状态
    • 不受外界影响的条件下（重力场除外）， 系统的宏观状态不随时间变化。
  • 平衡状态与稳定状态
    • 稳定不一定平衡，但平衡一定稳定
• 热力循环
  • 定义：工质从某一初态出发，经历一系列状态变化，最后又回 到初始状态的全过程为循环过程（简称为循环）。
  • 性质
    • 可逆循环（全部是可逆过程构成）
    • 不可逆循环（只要存在不可逆过程）
  • 目的
    • 正循环（动力循环）
    • 逆循环（制冷或热泵循环）
• 热量和功量
  • 功量
    • 力×力方向的位移
      • 膨胀功（容积变化功）
    • 功的理解
      • 1) 功量是过程量，与 路径有关
      • 2) 功量大小可用示功 图下面积表示
      • 3）统一规定：dv>0，膨胀 对外作功（正） dv<0，压缩 外内作功（负）
      • 4)适用于可逆过程下的任何工质
  • 热量
    • 由于微观粒子无规则热运动而传递的能量
    • 热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温度 的推动下，以微观无序运动方式传递的能量。
    • 功是系统与外界相互作用的一种方式，在力的推动下 ，通过有序运动方式传递的能量。
    • 引入熵（S）
      • 1）熵是状态参数
      • 2）热量是过程量，与路径有关
      • 3）统一规定： ds>0，系统吸热（正） ds，系统放热（负）
• 准静态过程及可逆过程
  • 热力过程
    • 定义：热力系统从一个状态到另一个状态变化时所经过的全部 状态的总和
  • 准平衡过程
    • 由一系列平衡状态组成的热力过程
  • 可逆过程
    • 准静态过程+无任何耗散效应=可逆过程
    • 定义：系统经历某一热力过程后，如果能使系统和外 界同时恢复到初始状态，而不留下任何改变。
    • 理解
      • 任何实际过程都是不可逆过程，这是一种理想化状态
      • 可逆过程的功和热都可用系统的状态参数表达，避免考虑 外界的变化
      • 为了研究方便先按理想过程（可逆过程）处理，再加以不 可逆因素进行修正。