沈陽(yáng)航空航天大學(xué)工程熱力學(xué)課件第4章

沈陽(yáng)航空航天大學(xué)工程熱力學(xué)課件第4章目錄4.1熱力學(xué)基本概念4.2熱力學(xué)第一定律4.3理想氣體的熱力過程4.4熱力學(xué)第二定律4.5熵與熵增原理014.1熱力學(xué)基本概念Part熱力系統(tǒng)的分類根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，熱力系統(tǒng)可以分為多種類型，如閉口系統(tǒng)和開口系統(tǒng)、孤立系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)和等溫系統(tǒng)等。熱力系統(tǒng)的狀態(tài)熱力系統(tǒng)的狀態(tài)是指系統(tǒng)內(nèi)部物理量（如溫度、壓力、比容等）的總體表現(xiàn)，可以通過狀態(tài)參數(shù)來描述。熱力系統(tǒng)定義熱力系統(tǒng)是熱力學(xué)研究的對(duì)象，是指被一定邊界所包圍的，具有確定的初始狀態(tài)和邊界條件的物質(zhì)和能量的總體。熱力系統(tǒng)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)定義狀態(tài)是指熱力系統(tǒng)在某一時(shí)刻所呈現(xiàn)出的物理量（如溫度、壓力、比容等）的總體表現(xiàn)。狀態(tài)參數(shù)描述熱力系統(tǒng)狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力、比容、焓等。狀態(tài)方程描述熱力系統(tǒng)狀態(tài)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程稱為狀態(tài)方程，如理想氣體狀態(tài)方程等。平衡態(tài)定義平衡態(tài)是指熱力系統(tǒng)內(nèi)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(tài)。平衡態(tài)的特性平衡態(tài)具有穩(wěn)定性、均勻性和可逆性等特性，即當(dāng)系統(tǒng)受到微小擾動(dòng)時(shí)，平衡態(tài)會(huì)恢復(fù)到原來的狀態(tài)。平衡態(tài)的分類根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，平衡態(tài)可以分為多種類型，如穩(wěn)定平衡態(tài)和不穩(wěn)定平衡態(tài)、絕對(duì)平衡態(tài)和相對(duì)平衡態(tài)等。熱力平衡態(tài)024.2熱力學(xué)第一定律PartSTEP01STEP02STEP03熱力學(xué)能定義熱力學(xué)能是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)，只與系統(tǒng)的狀態(tài)有關(guān)，與系統(tǒng)經(jīng)歷的過程無(wú)關(guān)。特性影響因素溫度、體積和物質(zhì)的量等狀態(tài)參量影響熱力學(xué)能。熱力學(xué)能，也稱為內(nèi)能，是指一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部所有微觀粒子所具有的動(dòng)能和勢(shì)能的總和。熱力學(xué)第一定律表明，在一個(gè)封閉系統(tǒng)中，能量不能憑空產(chǎn)生或消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。熱力學(xué)第一定律反映了能量轉(zhuǎn)換與傳遞的規(guī)律，即系統(tǒng)吸收或釋放的熱量可以轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)其他形式的能量。熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)轉(zhuǎn)換與傳遞能量守恒表達(dá)式$DeltaU=Q+W$解釋$DeltaU$表示系統(tǒng)熱力學(xué)能的增量，$Q$表示系統(tǒng)吸收或釋放的熱量，$W$表示系統(tǒng)對(duì)外界所做的功。熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)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(shè)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(jì)。理想氣體狀態(tài)方程描述理想氣體狀態(tài)變量之間關(guān)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(shù)，R表示氣體常數(shù)，T表示溫度。理想氣體的概念理想氣體的狀態(tài)方程基于氣體分子假設(shè)和理想氣體狀態(tài)變量的定義，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到理想氣體狀態(tài)方程。理想氣體狀態(tài)方程的推導(dǎo)用于描述理想氣體的壓力、體積、溫度等狀態(tài)變量之間的關(guān)系，是工程熱力學(xué)中重要的基本方程之一。理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用理想氣體的熱力過程等溫過程氣體在恒定溫度下進(jìn)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(jìn)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(jìn)行的熱力過程，過程中氣體的壓力保持不變。044.4熱力學(xué)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(zhuǎn)的過程。例如，理想氣體等溫膨脹或壓縮。可逆過程在實(shí)際情況下，由于能量損失而不能逆轉(zhuǎn)的過程。例如，熱量傳遞給溫度更高的物體后，無(wú)法完全回收。不可逆過程熱力學(xué)第二定律的表述熱力學(xué)第二定律指出，自發(fā)過程中，熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體，而不是自發(fā)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(tǒng)的總熵（代表無(wú)序程度）只可能增加，不可能減少。由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成的理想化熱機(jī)循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)任何工作在給定高溫和低溫之間的真實(shí)熱機(jī)的效率都不可能超過相同溫度下的卡諾熱機(jī)的效率?？ㄖZ定理卡諾循環(huán)與卡諾定理054.5熵與熵增原理Part熵熵是熱力學(xué)中的一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，用于描述系統(tǒng)混亂度或無(wú)序度的量。熵的物理意義熵表示系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則程度，其值越大，表示系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)越無(wú)規(guī)則。熵的數(shù)學(xué)定義熵S與系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)目N有關(guān)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為S=k*lnN，其中k為玻爾茲曼常數(shù)。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(tǒng)，即系統(tǒng)與外界沒有能量和物質(zhì)交換。01熵增原理在封閉系統(tǒng)中，如果沒有外力作用，系統(tǒng)的熵總是不斷增加的，即系統(tǒng)總是自發(fā)地向著更加混亂無(wú)序的方向發(fā)展。02熵增原理的物理意義熵增原理表明，孤立系統(tǒng)總是向著分子運(yùn)動(dòng)更加無(wú)規(guī)則、混亂度更高的方向發(fā)展。熵增原理熵在熱力學(xué)第二定律中的地位熵是熱力學(xué)第二定律的核心概念，它描述了系統(tǒng)內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化的方向和限度。熵在熱力學(xué)第二定律中的作用熵可以用