Chap1：熱力學基礎 1§1-1基本觀念與熱力性質1.熱力名詞: 系統, 性質, 狀態, 過程, 循環, 熱力平衡2.熱力系統（system ）： 控制質量(control mass C.M )，或稱密閉系統(closed system):無質量進出控制容積(control volume C.V)，或稱開放系統(open system):有質量進出open system 可分為:(1)Steady state steady flow process 穩態過程（S.S.S.F ）應用於:壓縮機、泵、渦輪機、熱交換器（冷凝器、蒸汽發生器）噴嘴、節流閥等設備的分析(2)Uniform steady Uniform flow process 暫態過程（U.S.U.F ）應用於:氣瓶的充填的分析 S.S.S.F system ── C.V(系統)需滿足下列條件： （1）C.V 內之任一點性質不隨時間改變（2）流進（出）C.S 之質量流率與性質不隨時間改變 （3）進入C.S 之質量流率＝離開C.S 之質量流率 i e m m ⇒=（4）系統與外界之能量傳遞率維持恆定速率 U.S.U.F system------- C.V(系統)需滿足下列條件：( 1 ) C.V 內之質量與性質隨時間改變,但在任何時間內C.V .之狀態為均勻 ( 2 ) 流經C.S.之質量流率隨時間改變,但性質不隨時間改變3.物質之熱力性質內涵性質：壓力（P ）、溫度（T ） 外延性質：容積（V ）、儲能（E ）、內能（U ）、焓（H ）、熵（S ） 比性質＝系統質量外延性質以小寫字母表示V v m =(比容) , E m ＝e ＝u +22V + gz(比儲能)U m ＝ u(比內能)，H m ＝ h(比焓) , Sm＝ s(比熵)觀念：物質之性質隨其存在之狀態而變*簡單可壓縮系統之狀態法則：一物質（系統）之狀態可由兩個獨立性質來描述。

即z＝f（x，y）如u=f(P,T）P,T獨立與否跟物質相態有關P,T獨立P.T相依狀態確定,則物質的其他性質皆可求出工作介質：純質熱力性質可查熱力性質表理想氣體熱力性質可由熱力性質表或公式求出(A) 純質的性質名詞介紹1.飽和狀態:純質相變化時的狀態2.飽和性質Ex: 水在1atm下T sat = 100℃水在100℃下P sat = 1atm3.飽和液:4.飽和汽:純質相變化時的汽相飽和液性質以下標f表示: v f u f h f飽和汽性質以下標g表示: v g u g h g飽和汽與飽和液性質的差以下標fg表示: v fg = v g – v f , u fg = u g– u f 純物質相變化的T-v相圖（液汽）水之T-v圖水之T-v圖純物質之熱力性質 熱力性質表（1）飽和性質表只需知道物質之溫度（或壓力）即可查得飽和性質．溫度表．壓力表 表B1.2（2）壓縮液體表 需知兩個獨立性質（通常為P,T ）即可查出壓縮液體之性質 表B1.3 （3）過熱汽體表 需知兩個獨立性質（通常為P,T ）即可查出過熱汽體之性質 表B1.4 *( 4 )因在濕區P,T 為相依，故無法確定其狀態需引出另一個與P 或T 獨立之性質，此性質稱為乾度。

乾度≡汽相之質量液相汽相質量+ x ＝x ＝都是汽體，所以是過熱汽體。

即x ≡vl vm m m + x ＝0.5 兩相共存區的中間。

利用性質與乾度之關係式 v ＝v f +xv fgu ＝u f + xu fg h ＝h f + xh fgs ＝s f + xs fgex:水在下列情況試決定其相態並求其焓值3Mpa,500℃ T ＝100℃,x ＝0.3●5Mpa,40℃ ❍50Kpa,70℃(B)理想氣體（ideal gas ）其性質可由氣體熱力表或公式來計算。

何謂理想氣體真實氣體存在狀態為低壓（P ＜＜P c ）,高溫（T ＞＞T c ）下可視為ideal gas 。

P c ：臨界壓力，Tc ：臨界溫度。

物質之臨界性質如表A.2濕氣體之性質需知（x,P ）or （x,T ）即可求其性質 ＜sol ＞ 過熱汽體，3456.48kgkj濕汽體，h ＝hf + xh fg ＝419.02 + 0.3 × 2257.03＝1096.13kgkj●壓縮液，h ＝171.95kg kj❍壓縮液，h ＝292.96kgkj查壓縮表無資料可查 ∴以相同溫度飽和液之焓值近似。

ideal gas 氣體狀態方程式＝RT PV ＝mRT PV=n R T P ＝ρRT量化研究ideal gas 之近似方法 P.543 可由壓縮性因子 Z ＝RTPV當Z1可視為ideal gas Z 可由通用之壓縮性圖查（附圖D-1）P r ＝c P P （簡化壓力） T r ＝cTT （簡化溫度）ideal gas 內能與焓純質u ＝f （P,T ）u ＝f （T ） 焦耳定理:理想氣體之內能僅與溫度有關。

定容比熱 C v ＝()v c uT=∂∂ 是 ideal gas ∴C v ＝dudT⇒ du ＝C v dT ⇒ ⎰21du ＝21T v T C dT ⎰⇒ u ∆=2121T v T u u C dT -=⎰ideal gas 之h ＝g （T ） 定壓比熱⇒C p ＝()p c hT=∂∂ ⇒C p ＝dhdT⇒dh ＝c p dT ⇒⎰21dh ＝21T v T C dT ⎰⇒h ∆=h 2－h 1＝21T p T C dT ⎰求u h ∆∆、有三種分析模式 C p 、C v 為T 之函數找出C p ，C v 與T 之間關係 例如:C p ＝C 0＋C 1θ＋C 22θ＋C 33θ其中θ＝1000T利用附表A6查出3210,,,C C C C 代入12h h -＝21T p T C dT ⎰積分求得將C p ，C v 視為常數（通常以3000K 之值為此常數值）其中P ：壓力（kpa ）, v ：比容（3m kg）R ：MRR ：氣體通用常數＝8.1314o kJ kmole k -R ：氣體常數okJ kg k- M ：氣體分子量（kmole kg ） T ：溫度(o K )12h h -＝21T p T C dT ⎰＝p C （12T T -）●查理想氣體熱力表12h h -＝21T p T C dT ⎰＝20T p T C dT ⎰－1T p T C dT ⎰＝21T T h h -0T 為參考溫度T h ＝0Tp T C dT ⎰ 可查表A7，A8Ex ：加熱1㎏之氧自300k 0達到1500k 0，氧視為ideal gas 利用三種分析模式求h ∆ 利用第三種模式h ∆＝21T T h h -＝1540.23－273.15＝1267.08kgkj利用第二種模式h ∆＝p C (12T T -）＝0.922（1500－300）＝1106.4kgkj表A6p C ＝0.88－0.0001θ＋0.543233.0θθ- θ＝1000T 取T ＝21500300+＝900 θ＝0.9(0.9)p C ∴＝1.0767 h ∆＝1.0767×(1500－600)＝1292.1 ●以第一種模式h ∆＝21T p T C dT ⎰＝150023300(0.880.00010.540.33)dT θθθ-+-⎰＝⎰∙++-5.13.0321000)33.054.00001.088.0(θθθθd ＝1241.5ideal gas 熵 定義:ds ＝()rev q Tδ ⇒ ds ＝p dT dp C R T P - 積分 21s s -＝2211T P p T P dTdp C R T P -⎰⎰＝⎰⎰+2121T T V V V dv R Tdt Cv ds ＝vdv R T dt Cv+ ,p v C C 視為常數 21s s -＝2211lnln p T PC R T P - ＝2211ln ln v T VC R T V + ＝2211lnln p v V P C C V P +,p v C C 為溫度函數 21s s -＝202ln T pT dT p C R T p -⎰＝2100T T p T T dT dT C Cp T T ⎫⎛- ⎪⎝⎭⎰⎰－21ln P R P =()210021ln T T P s s R P -- 其中令Ex ：air 由300k 0加熱至600℃壓力由400kpa 降至300kpa 試求熵變化量21s s - <sol>把,p v C C 視為常數已知R ＝0.287Cp ,＝1.0040kJkg k-21s s -＝2211ln ln p T PC R T P -＝6003001.004ln 0.287ln 300400-＝0.77850kJ kg k -,p v C C 為溫度函數查A7 12S S -＝7.57638－6.86926－0.287300ln 400＝0.7897k kg kj 0-4.能量型式：動能（KE ）⇒KE ＝221mv巨觀型式： 位能（PE ）⇒PE ＝mgz儲存能：微觀型式： 1.分子間之位能⇒與分子之結構及作用力有關⇒f(P,v)2分子間之動能.⇒與分子運動之速度 有關⇒f(T) ∴E=KE+PE+U功（W ） 傳遞能： 熱（Q ）以上2項為內能（U ） ⇒U ＝(,,)f P V T＝(,)f P T§1-2功與熱(1) 功(a) 定義：(1)物理學上W ＝⎰∙d(2)熱力學上系統與外界進行能量傳遞產生之效應相當於將一重物舉升一段距離。

(b) 功之特性1. 它是一種邊界現象2. 它是一種暫態能量3. 它不是性質4. 它是路徑函 (c) 單位與符號 純量W ＝)(KJ J 或()W J kJ w or kg kg m =＝(,)w J kJorkg kg m∙W ＝()WkJ J s t∆或＝功率或)kw watt∙W ＝w m ∙)(skg m ∙質量流率(d) 正負號規定系統對外作功為正 外界對系統作功為負(e) 功之計算僅討論簡單可壓縮系統無摩擦過程1.⇒P-V 圖形下的面積多變過程n PV ＝C (n ：多變指數)n V P V P --11122 ()1≠n12ln V VC ()1=n 其中2211V P V P C ==若工作介質為ideal gas PV mRT =()()()212111ln 1mR T T n n W V mRT n V ⎧-≠⎪⎪-=⎨⎪=⎪⎩討論: 多變指數n當C P n =⇒=0（等壓過程） 當C V n =⇒∞=（等容過程）●當1=n 且工作介質為ideal gas T C ⇒=（等溫過程）,CPV C C mRT T mR⇒==⇒== 常數 ❍p vc n k c ==（＞1）且工作介質為 ideal gas ⇒s=C 等熵過程（可逆絕熱過程）Ex:某一物體裝於一活塞-汽缸裝置內，壓力為200kPa ，而容積為0.04³對氣體加熱，使容積增加至0.1m³,,試求氣體對外所作之功。