第1章 基本概念

1、第一章第一章 基本概念基本概念Basic Concepts and Definition1-1 1-1 熱能在熱機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)熱能在熱機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 械能的過程械能的過程奧迪奧迪( (進(jìn)口進(jìn)口)-)-奧迪奧迪A8A8發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)總功率電動(dòng)機(jī)總功率( (kW)kW)排量排量( (mL)mL)最大功率最大功率( (kW)kW)進(jìn)氣形式進(jìn)氣形式缸徑缸徑( (mm)mm)行程行程( (mm)mm)奧迪奧迪A8 2016A8 2016款款 A8L 30 A8L 30 FSI FSI 舒適型舒適型2.5L 2042.5L 204馬力馬力 V6V6- -24982498150150自然吸氣自然吸氣- -

2、-奧迪奧迪A8 2016A8 2016款款 A8L 40 A8L 40 hybridhybrid2.0T 2112.0T 211馬力馬力 L4L4404019841984155155渦輪增壓渦輪增壓- - -奧迪奧迪A8 2016A8 2016款款 A8L 45 A8L 45 TFSI quattroTFSI quattro時(shí)尚型時(shí)尚型3.0T 2903.0T 290馬力馬力 V6V6- -29952995213213機(jī)械增壓機(jī)械增壓84.584.58989奧迪奧迪A8 2016A8 2016款款 A8L 60 A8L 60 TFSI quattroTFSI quattro豪華型豪華型4.0T

3、 4354.0T 435馬力馬力 V8V8- -39933993320320雙渦輪增雙渦輪增壓壓- - -奧迪奧迪A8 2016A8 2016款款 A8L 6.3 A8L 6.3 FSI W12 quattroFSI W12 quattro旗艦型旗艦型6.3L 5006.3L 500馬力馬力 W12W12- -62996299368368自然吸氣自然吸氣868690.490.4活塞活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)氣缸氣缸四沖程內(nèi)燃機(jī)工作過程四沖程內(nèi)燃機(jī)工作過程進(jìn)氣排氣2.壓縮3.燃燒、膨脹1.吸氣4.排氣 研究熱機(jī)（內(nèi)燃機(jī)）中將熱能（燃油燃燒釋放的研究熱機(jī)（內(nèi)燃機(jī)）中將熱能（燃油燃燒釋放的化學(xué)能）

4、轉(zhuǎn)化成機(jī)械能（輸出動(dòng)力）的過程，首化學(xué)能）轉(zhuǎn)化成機(jī)械能（輸出動(dòng)力）的過程，首先要建立一個(gè)研究對(duì)象先要建立一個(gè)研究對(duì)象-熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)，要有熱能的來，要有熱能的來源（燃料燃燒）和去處（尾氣等中的熱能排到環(huán)源（燃料燃燒）和去處（尾氣等中的熱能排到環(huán)境）境）-熱源熱源，要有熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的媒介物（燃，要有熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的媒介物（燃?xì)猓猓?工質(zhì)工質(zhì) 工質(zhì)工質(zhì): 熱源熱源:工質(zhì)從中吸取或向之排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。工質(zhì)從中吸取或向之排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。 高溫?zé)嵩矗嵩锤邷責(zé)嵩矗嵩?heatsource） 低溫?zé)嵩矗ɡ湓吹蜏責(zé)嵩矗ɡ湓磆eatsink） 恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩?constantheatre

5、servoir) 變溫?zé)嵩醋儨責(zé)嵩?-2 熱力系統(tǒng)（或稱熱力系）熱力系統(tǒng)（或稱熱力系）熱力系統(tǒng)：熱力系統(tǒng)：人為分割出來，作為熱力學(xué)研究對(duì)象的有限物質(zhì)人為分割出來，作為熱力學(xué)研究對(duì)象的有限物質(zhì)系統(tǒng)系統(tǒng)，簡稱為簡稱為系統(tǒng)系統(tǒng)或或熱力系熱力系。外界：外界：系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)系統(tǒng)。系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)系統(tǒng)。邊界：邊界：系統(tǒng)與外界的界面。系統(tǒng)與外界的界面。系統(tǒng)與外界之間，通過邊界進(jìn)行能量的傳遞與物質(zhì)的遷移系統(tǒng)與外界之間，通過邊界進(jìn)行能量的傳遞與物質(zhì)的遷移。一、熱力系統(tǒng)一、熱力系統(tǒng)二、熱力系統(tǒng)分類二、熱力系統(tǒng)分類（一）以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：（一）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

6、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功是否傳功 非絕功系非絕功系 絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)是否傳熱、功、質(zhì) 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系 注意：注意：1、系統(tǒng)與外界的人為性；、系統(tǒng)與外界的人為性； 2、邊界可以是：、邊界可以是： a）剛性的或可變形的或有）剛性的或可變形的或有 彈性的彈性的 b）固定的或可移動(dòng)的）固定的或可移動(dòng)的 c）實(shí)際的或虛擬的）實(shí)際的或虛擬的 邊界特性邊界特性真實(shí)、虛構(gòu)真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動(dòng)固定、活動(dòng)系系 統(tǒng)統(tǒng)系系 統(tǒng)統(tǒng)熱力系、界面、外界熱力系、界面、外界例例研究氣缸中的氣體研究氣缸中的氣體(打開閥門打開閥門)。是什么熱力系？。是什么

7、熱力系？1234mQW1 開口系開口系非孤立系相關(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 孤立系孤立系物理化學(xué)性質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì) 均勻系均勻系 非均勻系非均勻系工質(zhì)種類工質(zhì)種類多元系多元系單元系單元系相態(tài)相態(tài)多相多相單相單相（二）熱力系統(tǒng)其它分類：（二）熱力系統(tǒng)其它分類：思考題思考題結(jié)論結(jié)論： 1、不計(jì)恒外力場影響不計(jì)恒外力場影響； 2、多相系未必不均勻多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狀態(tài)氣液平衡分離狀態(tài)； 1、多相系一定不均勻。、多相系一定不均勻。2、單元系一定是均勻的。、單元系一定是均勻的。

8、簡單可壓縮系統(tǒng)簡單可壓縮系統(tǒng) simplecompressiblesystem體積變化功體積變化功壓縮功壓縮功膨脹功膨脹功定義：定義：由可壓縮物質(zhì)組成，無化學(xué)反應(yīng)、與外界只由可壓縮物質(zhì)組成，無化學(xué)反應(yīng)、與外界只有交有交 換體積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)換體積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)。1-3 1-3 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量狀態(tài)參數(shù)的特征：狀態(tài)參數(shù)的特征：1、狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然、狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然2、狀態(tài)參數(shù)的積分特征狀態(tài)參數(shù)的積分

9、特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量：狀態(tài)參數(shù)的變化量 與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)3、狀態(tài)參數(shù)的微分特征狀態(tài)參數(shù)的微分特征：全微分：全微分狀態(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)變化量與路徑無關(guān)，只與狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學(xué)上：數(shù)學(xué)上：點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù)點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù)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狀態(tài)參數(shù)的微分特征狀態(tài)參數(shù)的微分特征設(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

10、斷是否是狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的分類狀態(tài)參數(shù)的分類 基本狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù) 能夠用儀器儀表直接或間接測量的參數(shù)稱為能夠用儀器儀表直接或間接測量的參數(shù)稱為。 導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)不能用儀器儀表直接或間接測量的參數(shù)稱為不能用儀器儀表直接或間接測量的參數(shù)稱為。如如 ：溫度、壓力、比容：溫度、壓力、比容如：熱力學(xué)如：熱力學(xué)（內(nèi)能）、焓、熵。內(nèi)能）、焓、熵。 按能否用儀器或儀表進(jìn)行直接或間接測量劃分按能否用儀器或儀表進(jìn)行直接或間接測量劃分3m /kgVvm3kg/mmV3N/mGmgVV. .壓力壓力 熱力系的單位面積上所受到的垂直作用力。熱力系的單位面積上所受到的垂直作用力。2N/mFpA表

11、達(dá)式表達(dá)式或或Pa上式計(jì)算出的是熱力系的真實(shí)壓力稱為上式計(jì)算出的是熱力系的真實(shí)壓力稱為絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力 p p。3561kPa10 Pa1bar10 Pa1MPa=10 Pa常用的壓力單位間的關(guān)系常用的壓力單位間的關(guān)系測量的壓力測量的壓力一般是一般是工質(zhì)絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的工質(zhì)絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的相對(duì)值相對(duì)值相對(duì)壓力相對(duì)壓力注：注：barometricpressure（atmosphere）bppbppvpbpbppp真空度ebppppevbppp表壓力例題例題1-l某容器被一剛性壁分成兩部分，在容器的不某容器被一剛性壁分成兩部分，在容器的不同部位安裝有壓力計(jì)，如圖同部位安裝有壓力計(jì)，如圖1-

12、2所示，設(shè)大氣壓力為所示，設(shè)大氣壓力為97 kPa97 kPa。 (1)若壓力表若壓力表B、表、表C的讀數(shù)分別的讀數(shù)分別為為75 kPa，011 MPa，試確定，試確定壓力表壓力表A上的讀數(shù)，及容器兩部上的讀數(shù)，及容器兩部分內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力。分內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力。(2)若表若表C為真空計(jì)，讀數(shù)為為真空計(jì)，讀數(shù)為24 kPa，壓力表，壓力表B的讀數(shù)為的讀數(shù)為36 kPa36 kPa，試問表試問表A A是什么表是什么表? ?讀數(shù)是多少讀數(shù)是多少? ?解: (1)因 由上式得由上式得 則則 或或 eBeAbeBeCbppppppp p)(35kPa75110pppeBeCeAeBeAeCppp207k

13、Pa11097pp peCb132kPa3597pppeAb132kPa75207ppp eB(2)(2)由表由表B B為壓力表知，為壓力表知，p pI I p p；又由表；又由表C C為真空計(jì)知為真空計(jì)知 所以，表所以，表A一定是真空計(jì)。于是一定是真空計(jì)。于是則則 ppp beBvAbeBvCbppppppp p)(60kPa3624pppeBvCvA討論(1)需要注意的是，不管用什么壓力計(jì)，測需要注意的是，不管用什么壓力計(jì)，測得的都是工質(zhì)的絕對(duì)壓力得的都是工質(zhì)的絕對(duì)壓力p和環(huán)境壓力之和環(huán)境壓力之間的相對(duì)值，而不是工質(zhì)的真實(shí)壓力。間的相對(duì)值，而不是工質(zhì)的真實(shí)壓力。(2)這個(gè)環(huán)境壓力是指測壓計(jì)

14、所處的空間壓這個(gè)環(huán)境壓力是指測壓計(jì)所處的空間壓力，可以是大氣壓力力，可以是大氣壓力pb，如題目中的表，如題目中的表A、表表C C。也可以是所在環(huán)境的空間壓力，如。也可以是所在環(huán)境的空間壓力，如題目中的表題目中的表B B，其環(huán)境壓力為，其環(huán)境壓力為pp。1)溫度溫度T 的一般定義的一般定義傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。微觀：衡量分子平均動(dòng)能的量度微觀：衡量分子平均動(dòng)能的量度 2 c m 0.5 T3.3.溫度溫度2)熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律溫度的熱力學(xué)定義溫度的熱力學(xué)定義熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律（R.W. Fowler）如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三

15、個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。溫度測量的溫度測量的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)B 溫度計(jì)溫度計(jì)3)溫度的熱力學(xué)定義溫度的熱力學(xué)定義處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)熱力系，處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)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。 溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量統(tǒng)處于熱平衡的物理量4)溫度的測量溫度的測量溫度溫度計(jì)計(jì)物質(zhì)物質(zhì) （水銀，鉑電阻）（水銀，鉑電阻）特性特性 （體積膨脹，阻值）（體積膨脹，阻值）基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)刻度刻

16、度溫標(biāo)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)5)5)常用的溫標(biāo)常用的溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo) t 基基 準(zhǔn)準(zhǔn) 點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下純水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)溫度為基準(zhǔn)點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下純水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)溫度為基準(zhǔn) 點(diǎn)，規(guī)定冰點(diǎn)溫度為點(diǎn)，規(guī)定冰點(diǎn)溫度為0。沸點(diǎn)溫度為。沸點(diǎn)溫度為100。分度方法：認(rèn)定測溫物質(zhì)的測溫屬性隨溫度的變化是線性分度方法：認(rèn)定測溫物質(zhì)的測溫屬性隨溫度的變化是線性 的。的。00與與100100這兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間分成這兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間分成100100等分等分, , 每一等分為每一等分為1 1度。度。基基 準(zhǔn)準(zhǔn) 點(diǎn)：純水的汽、液、固三相平衡共存的狀態(tài)點(diǎn)點(diǎn)：純水的汽、液、固三相平衡共存的狀態(tài)點(diǎn)( (三相三相 點(diǎn)點(diǎn))

17、)為基準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定它的溫度為為基準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定它的溫度為273.16K。 常用的溫標(biāo)常用溫標(biāo)（常用溫標(biāo)（temperaturescale）絕對(duì)絕對(duì)K攝氏攝氏 華氏華氏 朗肯朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔點(diǎn)冰熔點(diǎn)水三相點(diǎn)水三相點(diǎn)鹽水冰點(diǎn)鹽水冰點(diǎn)發(fā)燒發(fā)燒水沸點(diǎn)水沸點(diǎn)559.67攝氏溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)（Celsiustemperaturescale）攝氏溫標(biāo)是瑞典物理學(xué)家、天文學(xué)家，瑞典科學(xué)院院士安德斯攝氏溫標(biāo)是瑞典物理學(xué)家、天文學(xué)家，瑞典科學(xué)院院士安德斯攝爾修斯（攝爾修

18、斯（AndersCelsius，17011744）在在1742年首先提出的一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。年首先提出的一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。安德斯安德斯攝爾修斯在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，攝爾修斯在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，1742年創(chuàng)立了攝氏溫標(biāo)。這是年創(chuàng)立了攝氏溫標(biāo)。這是攝爾修斯對(duì)熱學(xué)不可磨滅的貢獻(xiàn)。他把水銀溫度計(jì)插人正在熔解的雪中，定攝爾修斯對(duì)熱學(xué)不可磨滅的貢獻(xiàn)。他把水銀溫度計(jì)插人正在熔解的雪中，定為冰點(diǎn)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫度點(diǎn)；然后又把溫度計(jì)插入沸騰的水中，定為沸點(diǎn)作為冰點(diǎn)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫度點(diǎn)；然后又把溫度計(jì)插入沸騰的水中，定為沸點(diǎn)作為另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫度點(diǎn)（這其中實(shí)際上暗含了正常大氣壓這個(gè)條件）。并把冰為另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫度點(diǎn)（這其中實(shí)

19、際上暗含了正常大氣壓這個(gè)條件）。并把冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間等分點(diǎn)和沸點(diǎn)之間等分100度，所以攝氏溫標(biāo)又叫百分溫標(biāo)。為了避免測量低溫度，所以攝氏溫標(biāo)又叫百分溫標(biāo)。為了避免測量低溫時(shí)出現(xiàn)負(fù)值，他把水的沸點(diǎn)定為零度，而冰點(diǎn)定為時(shí)出現(xiàn)負(fù)值，他把水的沸點(diǎn)定為零度，而冰點(diǎn)定為100度。到度。到1750年根據(jù)他年根據(jù)他的同事的同事M.施勒默爾的建議，把這種標(biāo)度倒轉(zhuǎn)過來，以冰點(diǎn)為零度，沸點(diǎn)為施勒默爾的建議，把這種標(biāo)度倒轉(zhuǎn)過來，以冰點(diǎn)為零度，沸點(diǎn)為100度。開始人們稱它為度。開始人們稱它為“瑞典溫度計(jì)瑞典溫度計(jì)”，大約在，大約在1800年人們才稱它為攝氏年人們才稱它為攝氏溫度計(jì)。溫度計(jì)。1948年在巴黎召開的第九屆國際

20、計(jì)量大會(huì)根據(jù)年在巴黎召開的第九屆國際計(jì)量大會(huì)根據(jù)“名從主人名從主人”的慣例的慣例，把百分溫標(biāo)正式命名為，把百分溫標(biāo)正式命名為“攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)”，以紀(jì)念攝爾修斯。攝氏溫標(biāo)的單位，以紀(jì)念攝爾修斯。攝氏溫標(biāo)的單位是是“攝氏度攝氏度”，用，用表示。攝氏溫度現(xiàn)在仍然是世界通用的溫度數(shù)值表示方表示。攝氏溫度現(xiàn)在仍然是世界通用的溫度數(shù)值表示方法。攝爾修斯對(duì)溫度計(jì)的制作和改進(jìn)，對(duì)促進(jìn)熱學(xué)的研究和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)法。攝爾修斯對(duì)溫度計(jì)的制作和改進(jìn)，對(duì)促進(jìn)熱學(xué)的研究和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。華氏溫標(biāo)（華氏溫標(biāo)（Fahrenheittemperaturescale） 華氏度是以其發(fā)明者德國人華氏度是以其發(fā)明者德國人Gabri

21、elD.Fahrenheit（華倫華倫海特海特16811736）命名的。）命名的。 1714年，他制成了第一支玻璃水銀溫度計(jì)。這種溫度計(jì)年，他制成了第一支玻璃水銀溫度計(jì)。這種溫度計(jì)的刻度是按歷史上最早出現(xiàn)的溫標(biāo)的刻度是按歷史上最早出現(xiàn)的溫標(biāo)(華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo))來劃分的。來劃分的。最初，華氏溫標(biāo)選用最初，華氏溫標(biāo)選用NH4Cl(氯化銨氯化銨)和水的混合物的凝固和水的混合物的凝固點(diǎn)溫度為點(diǎn)溫度為0，而以人，而以人(他妻子他妻子)的體溫為的體溫為96。此后，改。此后，改為水的冰點(diǎn)為為水的冰點(diǎn)為32，而以水沸點(diǎn)的溫度為，而以水沸點(diǎn)的溫度為212，這就是，這就是華氏溫標(biāo)，用符號(hào)華氏溫標(biāo)，用符號(hào) 表示。表

22、示。溫標(biāo)的換算溫標(biāo)的換算15.2730CtKT325900CtFt67.45900RtFt例題例題l-2 定義一種新的線性溫度標(biāo)尺定義一種新的線性溫度標(biāo)尺牛頓溫標(biāo)牛頓溫標(biāo)(單位為牛頓度，符號(hào)為單位為牛頓度，符號(hào)為oN)，水的，水的冰點(diǎn)和汽點(diǎn)分別冰點(diǎn)和汽點(diǎn)分別為為100100o oN N和和200200o oN N。 (1)試導(dǎo)出牛頓溫標(biāo)試導(dǎo)出牛頓溫標(biāo)TN與熱力學(xué)溫度與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系式。的關(guān)系式。(2)(2)熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度為0K0K時(shí)，牛頓溫度為多少時(shí)，牛頓溫度為多少o oN?N? 解解: (1): (1)若任意溫度在牛頓溫標(biāo)上的讀數(shù)為若任意溫度在牛頓溫標(biāo)上的讀數(shù)為T TN N，而在

23、，而在熱力學(xué)溫標(biāo)上的讀數(shù)為熱力學(xué)溫標(biāo)上的讀數(shù)為T T，則，則 (2)當(dāng)當(dāng)T=0 K時(shí)，由上面所得的關(guān)系式有時(shí)，由上面所得的關(guān)系式有1-4 1-4 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài), ,狀態(tài)方程狀態(tài)方程, ,坐標(biāo)圖坐標(biāo)圖 定義：定義：若無外界影響系統(tǒng)保持狀態(tài)參數(shù)值若無外界影響系統(tǒng)保持狀態(tài)參數(shù)值 不隨不隨時(shí)間而改變的狀態(tài)。時(shí)間而改變的狀態(tài)。 溫差溫差 熱不平衡勢熱不平衡勢 壓差壓差 力不平衡勢力不平衡勢 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 化學(xué)不平衡勢化學(xué)不平衡勢平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢一、平衡狀態(tài)一、平衡狀態(tài)熱平衡熱平衡thermal equilibrium： 在無外界作用的條件下，系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)在無外

24、界作用的條件下，系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)與外界處處溫度相等。與外界處處溫度相等。力平衡力平衡mechanical equilibrium： 在無外界作用的條件下，系統(tǒng)內(nèi)在無外界作用的條件下，系統(tǒng)內(nèi) 部，系部，系統(tǒng)與外界處處壓力相等。統(tǒng)與外界處處壓力相等。熱力平衡的充要條件熱力平衡的充要條件系統(tǒng)同時(shí)達(dá)到熱平系統(tǒng)同時(shí)達(dá)到熱平 衡和力平衡。衡和力平衡。平衡與穩(wěn)定平衡與穩(wěn)定穩(wěn)定：穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化參數(shù)不隨時(shí)間變化穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定平衡與均勻平衡與均勻平衡平衡：時(shí)間上：時(shí)間上均勻均勻：空間上：空間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定

25、是均勻的為什么引入平衡概念？為什么引入平衡概念？ 如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述的參數(shù)（壓力、溫度）描述但平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒有能量交換但平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒有能量交換能量交換能量交換狀態(tài)變化狀態(tài)變化破壞平衡破壞平衡如何描述如何描述二、狀態(tài)方程二、狀態(tài)方程對(duì)于簡單可壓縮系統(tǒng)對(duì)于簡單可壓縮系統(tǒng), ,狀態(tài)方程狀態(tài)方程: :( , )vf T p( , , )0f T p v 或或三三、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖pv11p1v反映工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式，反映工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式，稱為狀態(tài)方程。稱為狀態(tài)方程。Tv1v

26、11T平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)非平衡狀態(tài)無法簡單描述無法簡單描述熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過程熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過程12v21p一、準(zhǔn)靜態(tài)過程一、準(zhǔn)靜態(tài)過程(準(zhǔn)平衡過程準(zhǔn)平衡過程)2系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)針閥的開度非常?。╬0）準(zhǔn)靜態(tài)過程有實(shí)際意義嗎？準(zhǔn)靜態(tài)過程有實(shí)際意義嗎？疑問：疑問：理論上理論上準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無限應(yīng)無限緩慢，工程上怎樣處理？緩慢，工程上怎樣處理？準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時(shí)間破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）（馳豫時(shí)間）

27、有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程應(yīng)用準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程應(yīng)用例：例：活塞式內(nèi)燃機(jī)活塞式內(nèi)燃機(jī) 2000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分 曲柄曲柄 2沖程沖程/轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，0.15米米/沖程沖程活塞運(yùn)動(dòng)速度活塞運(yùn)動(dòng)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(shí)間破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）（馳豫時(shí)間）一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)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?！巴蝗煌蝗弧薄啊薄熬徛徛?/p>

28、”可逆過程的描述：可逆過程的描述： 系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過程后，如令過程系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過程后，如令過程逆行而能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初逆行而能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)而始狀態(tài)而不留下任何痕跡不留下任何痕跡，則此過程，則此過程稱為可逆過程稱為可逆過程可逆過程的描述可逆過程的描述注意：注意：可逆過程只是指可能性，并不可逆過程只是指可能性，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。二、可逆過程二、可逆過程可逆過程的實(shí)現(xiàn)可逆過程的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 + 無耗散效應(yīng)無耗散效應(yīng) = 可逆過程可逆過程無不平衡勢差無不平衡勢差通過摩擦使功通過摩擦使功變熱的效應(yīng)變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，摩阻，電

29、阻，非彈性變性，非彈性變性，磁阻等）磁阻等） 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)典型的不可逆過程典型的不可逆過程不等溫傳熱不等溫傳熱節(jié)流過程節(jié)流過程 ( (閥門）閥門）自由膨脹自由膨脹混合過程混合過程可逆過程與準(zhǔn)平衡過程的區(qū)別：可逆過程與準(zhǔn)平衡過程的區(qū)別：1.1.可逆過程一定是準(zhǔn)平衡過程；可逆過程一定是準(zhǔn)平衡過程；2.2.準(zhǔn)平衡過程不準(zhǔn)平衡過程不一定是可逆過程。一定是可逆過程。實(shí)際過程都是不可逆過程！工質(zhì)從一個(gè)狀態(tài)出發(fā)經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化又工質(zhì)從一個(gè)狀態(tài)出發(fā)經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化又回到了原來的狀態(tài)稱之經(jīng)歷了一個(gè)熱力循環(huán)?；氐搅嗽瓉淼臓顟B(tài)稱之經(jīng)歷了一個(gè)熱力循環(huán)。v1pvp1可逆循環(huán)可逆循環(huán)不可逆循環(huán)不可逆循環(huán)循環(huán)過程及在坐標(biāo)圖上的表示一、功的定義一、功的定義 定義定義: :力和力的方向上位移的乘積力和力的方向上位移的乘積. . 2121FdxWFdxW 對(duì)于過程對(duì)于過程1-2:1-2: 符號(hào)約定符號(hào)約定: :熱力系統(tǒng)對(duì)外輸出功為正熱力系統(tǒng)對(duì)外輸出功為正, ,外界對(duì)系統(tǒng)外界對(duì)系統(tǒng)作功為負(fù)作功為負(fù). . 二、可逆過程的功二、可逆過程的功 pdVpAdxFdxW212121)(dVVfpdVW212121)( dvvfpdvw功有何性質(zhì)功有何性質(zhì)? ?1.1.是過程量是過程量, ,不是狀態(tài)量不是狀態(tài)量2.2.其大小與初其大小與初