热源
吸热
热机
作功
放热
冷源
A
9
§1-2 热力系统
1 系统与边界
热力系统（热力系）： 人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质
系统
外界：热力系统以外的部分 边界：系统与外界之间的分界面
边界可以是实在的，也可以是假想的； 可以是固定的，也可以是移动的
A
10
§1-2 热力系统 热力系统选取的人为性
过热器
热力过程：吸热、膨胀A 作功和排热。
7
名词定义：
工质： 实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
热源（高温热源） ： 工质从中吸取热能的物系。
冷源（低温热源） ： 接受工质排出热能的物系。
A
8
热能动力装置的工作过程可概括成：
工质从高温热源吸热，将其中一部分转 化为机械能而作功，并把余下部分传给低温 热源。
A
41
§1-5 状态方程、状态参数坐标图
2、状态方程
• 温度、压力和比体积这三个基本状态参
数之间的函数关系是最基本的热力学函数
关系，称为状态方程
vf(p,T) f(p,v,T)0
状态方程式是平衡状态下基本状态参数p、 v、T之间的关系
状态方程式的具体形式取决于工质的性质
A
42
§1-5 状态方程、状态参数坐标图
•••
★ ★★ ★
★ ★ ★
★★
★
★
★
★
★
48
§1-7 过程功和热量
功的定义
1、力学定义: 力 在力方向上的位移 2、热力学定义
a、当热力系与外界发生能量传递时，如果对外界 的唯一效果可归结为取起重物，此即为热力系对 外作功。
b、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。
2、平衡的充要条件：系统内部及系统与外界之间不 存在不平衡势
A
35
§1-4 平衡状态
3、平衡与稳定的比较
稳定：参数不随时间变化，但可能有外界作用。
稳定但存在不平衡势差 去掉外界影响，
则状态变化
稳定不一定平衡，但平衡一定稳定
A
36
§1-4 平衡状态
4、平衡与均匀的比较
平衡：时间上 均匀：空间上
平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的
1 1,a 1,b
A
a
2 b
dz 0
22
§1-3 热力状态
二、基本状态参数
1、压力 p 气体分子撞击器壁的统计（平均）效果
物理中压强，单位: Pa , N/m2
常用单位：
1 bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
1 mmHg = 133.3 Pa
热平衡
热力学第零定律
如果两个系统分别与 第三个系统处于
热平衡，则两个系统彼 此必然处于热平衡。
温度测量的理论基础
B 温度计
A
29
§1-3
温标：
温度的数值表示
基准点
热力状态
温标三要素
测温物质的性质
分度方法
绝对温标：符号T,单位K 新摄氏温标：符号t,单位℃
t(℃)=T(K)-273.15
A
31
5（F- 50º）= 9(C-10º)
• 作功后的乏汽从汽轮机进入冷凝器，被冷却 水冷凝成水，并由泵加压送入锅炉加热。
A
6
比较上述两种热机
不同点：构造和工作特性不同。 相同点： • 存在某一种媒介物质以获得能量；
（如内燃机中混合气，蒸汽机中的水） • 存在能提供热能的能量源； • 余下的热能排向环境介质。
结论：
各种形式的热机都存在以下几个相同的
1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa
A
23
§1-2 热力状态
压力p测量
一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 ——相对 压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
A
24Leabharlann 当 p > pb 当 p < pb
绝对压力与相对压力
表压力 pe 真空度 pv
p pe pb p pb pv
非平衡状态
无法简单描述
A
44
§1-6 热力过程 准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间
恢复平衡所需时间
（外部作用时间） >> （驰豫时间）
有足够时间恢复新平衡 准静态过程
A
45
§1-6 热力过程
可逆过程
系统经历某一过程后，如果能使系统与外 界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹， 则此过程为可逆过程。
A
49
§1-7 过程功和热量
功的一般表达式
wFdx w Fdx
热力学最常见的功 容积变化功
w pdv w pdv
A
50
§1-7 过程功和热量
可逆过程的功 p
1
W 2
V
p
p外
1
2
mkg工质：
W =pdV
2
W 1 pdV
1kg工质：
w =pdv
2
w 1 pdv
A
51
§1-7 过程功和热量
热量定义
放 耗
热 功
＝
Q1 W
Q1
W
Q2
A
T0
59
理想气体状态 方程
A
60
研究对象
热现象 : 与温度有关的物理性质的变化。 热运动 : 构成宏观物体的大量微观粒子的永不 休止的无规运动 .
基准点 刻度
温标
A
33
§1-3 热力状态
温度测量方法
日常：水银温度计，酒精温度计， 水温度计
工业：热电偶，热敏电阻 计量：铂电阻温度计
A
34
§1-4 平衡状态
1、定义：在不受外界影响的条件下（重力场 除外），如果系统的状态参数不随时间变 化，则该系统处于平衡状态。
温差 — 热不平衡势 压差 — 力不平衡势 化学反应 — 化学不平衡势
• 针对纯物质——无化学反应的 组元一定的闭口系 系统
N=n+1
系统独立 状参个数
热 功的形式数
A
40
§1-5 状态方程、状态参数坐标图
独立参数数目N=不平衡势差数 =能量转换方式的数目 =各种功的方式+热量= n+1
n 容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等
简单可压缩系统：N = n + 1 = 2
只交换热量和一种准静态的容积变化功
容积变化功
A
压缩功 膨胀功
16
§1-2 热力系统
3 工质
• 定义：用来实现能量相互转换的媒介 物质
理想气体
气体
实际气体
蒸气
A
17
• 理想气体：忽略气体分子的自身体积，将分子看 成是有质量的几何点；假设分子间没有相互吸引 和排斥，分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞 是完全弹性的，不造成动能损失。
热能动力装置：
从燃料燃烧中得到热能，并利用热能得到动力 的设备。
化学能
热能
机械能
热能动力装置分为两大类： 燃气动力装置（内燃机、燃气轮机） 蒸汽动力装置（蒸汽轮机）
A
3
内燃机（汽油机）
工作过程： 吸气 燃烧、膨胀 压缩 排气
工作物质：燃气
能量转换：
燃料 化学能
燃气 热能
机械能
排入大气
A
4
蒸汽动力装置
状态参数分类：
强度参数：无关
按与所含 工质的量
如压力 p、温度T
有关否分
广延参数：有关可加性
如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S
A
19
§1-3 热力状态
比参数： v V
m
uU
h H
s S
m
m
m
比容 比内能 比焓
比熵
单位：/kg /kmol 具有强度量的性质
A
20
§1-3 热力状态
强度量与广延量
3、坐标图
简单可压缩系 N=2，平面坐标图
p 1
说明：
⑴系统任何平衡态可表示在 坐标图上
⑵过程线中任意一点为平衡态
2 v
常见p-v图和T-s图
⑶不平衡态无法在图上用 实线表示
A
43
§1-6 热力过程
1、准平衡过程 但平衡状态是死态，没有能量交换
⑴热力学引入准平衡过程？
平衡状态
状态不变化
能量不能转换
绝对K
373.15
摄氏℃
水沸点 100
常用温标
华氏F
朗肯R
212
671.67
273.16 273.15
37.8
0.01 水三相点 0 冰熔点
发烧 100 32
-17.8
盐水熔点
0
559.67 491.67 459.67
0
-273.15
A -459.67
0
32
§1-3 热力状态
温度的测量
温度计
物质 （水银，铂电阻） 特性 （体积膨胀，阻值）
速度 高度 温度
（强） （强） （强）
动能 位能 内能
（广） （广） （广）
A
21
§1-3 热力状态
按是否直 接或容易 测量分
基本状态参数
压力 p、温度 T、比容 v
非基本状态参数
内能U、焓 H、熵S
状态参数的数学特征： 1
状态确定，则状态参数也确定
Z (x, y)
2