工程热力学2 温度与热力学第零定律详解共23页

pC = f BC ( pB ,VB ,VC )
此时，若 C 与 A 热接触的状态和与 B 接触的状态没有改变的化，则由热平衡定律可知，A 与 B 也是处于热平衡状态的，故有
f AC ( pA,VA,VC ) = f BC ( pB ,VB ,样一件事，即 A 与 B 是处在热平衡状态的，它们是等当的，故VC 应消去，因此有
θ(X) = X θ ( X tr ) X tr
由于规定了θ ( X tr ) = 273.16 K ，所以
至此我们可以确定常数 a
θ ( X ) = 273.16 K X X tr
a = 273.16 K X tr
注意：如果规定某一物质的某种属性随温度作线性变化，从而建立了温标，则其他测温属性 一般不再与温度成严格的线性关系。
in thermal equilibrium with each other。
比较：两块铁 A，B 都能被磁铁 C 相吸引，但 A 和 B 并不一定能相吸引。
2．2．3 温度的概念
温度——宏观性质：
热力学第零定律为建立温度概念提供了实验基础，这个定律反映出，处于同一热平衡态
的所有热力学体系都具有某一共同的宏观性质（就象液体体系的体积这一宏观性质一样，若
两物体的状态可以完全独立地改变的隔离物称为绝热壁(adiabatic wall)，相反，两物体的 状态参量之间不能独立变化的隔离物称为透热壁(diathermic wall)。
p1,V1
p2 ,V2
绝热壁
p1,V1
p2 ,V2
透热壁 2．2．2 热力学第零定律
实验表明：一般说来，两个物体进行热接触，其平衡态都会受到破坏，状态也会发生变 化。但经过足够长时间之后，它们的状态便不再发生变化，而达到一个共同的平衡态，此时，

五、功量与热力过程直接相关
在既定的始、终状态之间，可以有许多过程途径。 在既定的始、终状态之间，可以有许多过程途径。不同 过程中的功量交换是完全不同的。 过程中的功量交换是完全不同的。即：功的大小除与过程的 有关——功 初、终状态有关外，还与描述过程的函数p=f(v)有关 终状态有关外，还与描述过程的函数 有关 功 过程量。 而不能用dw表示 是一个过程量 微元过程功只能用δw而不能用 表示， 是一个过程量。微元过程功只能用 而不能用 表示，即
在孤立系统中，能的形式可以相互转换， ● 在孤立系统中，能的形式可以相互转换，但能 的总量保持不变。 的总量保持不变。 第一类永动机是不可能制成的。 ● 第一类永动机是不可能制成的。 ● 工程热力学中常以热力系统为对象来研究能量 的传递、转换和守恒。 的传递、转换和守恒。 对任一热力系统，热力学第一定律可表述为： ● 对任一热力系统，热力学第一定律可表述为： 进入系统的能量 － 离开系统的能量 = 系统中储存能量的变化
无论哪一种情况， 无论哪一种情况，当系统与外界发生功量 交换时，总与系统本身所经历的过程有关。 交换时，总与系统本身所经历的过程有关。
三、功量交换的基本表达式
δW = F • dx
W = ∫ F ( x)dx
x1
x2
热力学最常见的功——容积功 容积功 热力学最常见的功
δW = F • dx = pA • dx = pdV
宏观位能（位能）：系统在外力场作用下， ）：系统在外力场作用下 ◆ 宏观位能（位能）：系统在外力场作用下，相对于 某参考坐标系中某一位置所具有的能量。 某参考坐标系中某一位置所具有的能量。
E p = mgz
二、内能
储存于系统内部的能量称为内能 内能， ● 储存于系统内部的能量称为内能，内能与物质 的分子结构和微观运动形式有关。 的分子结构和微观运动形式有关。 ● 对于闭口系统来说，工质经历一个循环之后又 对于闭口系统来说， 回复到原来的状态， 回复到原来的状态，所以系统储存能量的变化为 零，即：进入系统的能量（吸热量）等于离开系 进入系统的能量（吸热量） 统的能量（对外做功量）。 统的能量（对外做功量）。

▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
工程热力学2 温度与热力学第零定律 详解
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
23

,
t3
)
Q1 Q3
= ψ (t1,t3 )
Q2 T2
C
WC
Q1 = Q1 Q2 Q3 Q2 Q3
ψ (t1, t3 ) = ψ (t1, t2 ) ×ψ (t2 , t3 )
Q2
WB B Q3
Q3
因此有：ψ (t1,t2 ) =
f (t1 ) f (t2 )
ψ (t2 , t3 ) =
f (t2 ) f (t3 )
国际温标的发展
1976年0.5 K到30 K的暂行温标(EPT-76)
z 明显减小了原有定义中30 K以下温度的偏差； z 填补了5.2 K到13.8 K之间的空隙； z 设计了11个参考点和一个热力学内插仪器； z 但由于缺乏内部一致性，各复现之间可能出现
细微的含糊。
18
温度与热力学第零定律
1990年国际温标(ITS-90)
z 调整了多个固定点的取值和内插公式； z 定义了0.65 K以上全部温度范围，全量程均非常接近
于热力学温度的最佳估计值，但远比直接测量热力学 温度方便得多。
19
温度与热力学第零定律
1990年国际温标(ITS-90)
主要特点：
z 规定了多个固定点温度； z 0.65到5.0K的蒸气压测量 ； z 从3.0到24.5561K用氦气定容温度计测量 ； z 13.8033到1234.93K用按照技术规范在表中的固
2016-9-7
温度和热力学第零定律
温度与热力学第零定律
温度的定义
人们的经验：温度是表征物体冷热程度的 物理量
z 同样温度，不同人感觉不同； z 冬天相同温度下，铁比木头凉，人的感觉还和
导热系数等因素有关；

理论基础。
② 这些转换过程都是借助特定的工质（工作介质）实现的，不同的 工质具有不同的性质，能量转换条件及结果也有差异，因此必须研究工 质的热力性质。
③ 能量间的转换是通过各种设备（压缩机、合成塔等）实现的，能 量装置的设计过程首先要进行装置的能量衡算，因此对典型过程及循环 进行热力分析与计算是工程热力学的重要内容。
② 广度参数
在给定状态下，与系统内所含物质数量有关的参数称为广度参数， 如容积、能量、质量等。这类参数具有加和性，即整个系统的广度参数 等于各子系统同名广度参数之和。无论系统均匀与否，广度参数具有确 定的值。
通常，广度参数以大写字母表示，而由它们转化而来的比参数以相 应的小写字母表示。习惯上常把比体积以外的其他比参数的“比”字省 略。
5.1 复习笔记 5.2 课后习题详解 第六章 热力循环 6.1 复习笔记 6.2 课后习题详解 第七章 溶液热力学与相平衡基础 7.1 复习笔记 7.2 课后习题详解 第八章 热化学与化学平衡 8.1 复习笔记 8.2 课后习题详解
绪 论
0.1 复习笔记
【知识框架】
【重点难点归纳】 一、热能及其利用 1．热能 （1）一次能源。指自然界中以自然形态存在的可资利用的能源，如 风能、水力能、太阳能、地热能、燃料化学能、核能等。这些能量，有 些可以以机械能的形式直接被利用，有些需经过加工转化后才能利用。 （2）二次能源。指由一次能源加工转化后的能源。各种能源及其转 换和利用情况大致如图0-l所示。 由图0-1可见，热能是由一次能源转换成的最主要形式，而后再由 热能转换成其他形式的能量而被利用。据统计，经热能这个环节而被利 用的能量在世界上占85％以上。
量，压力计的指示值为工质绝对压力与压力计所处环境绝对压力之差。 一般情况下，压力计处于大气环境中，受到大气压力pb的作用，此时压 力计的示值即为工质绝对压力与大气压力之差。当工质绝对压力大于大 气压力时，压力计的示值称为表压力，以符号pg表示，可见

笫一章 热力学第零定律
§1 热力学系统概述 §2 热力学第零定律 §3 物态方程
§1 热力学系统概述
一、热力学系统
由大量微观粒子组成的、有明确界面的连续介质系统。
（界面可以是真实的，也可以是虚拟的，即认为划定的。）
系统 外 界
孤立系统： 无能量、物质交换。
封闭系统： 有能量交换、无物质交换
开放系统： 能量、物质交换。
p 0 V m 0/xR T
xm 0 R T 0
p 0 V
m R p V Tm p 0 R 0 V T 0p p 0 T T 0m 0
由题意， T T0
m p p 0 m 0 1 .0 5 1 .3 0 2 5 1 0 1 4 0 5 1 .0 g 0 .4 9 3 g
三、实际气体的物态方程 1、范德瓦耳斯方程 考虑到分子间的引力和斥力作用，把理想气体方程 进行了修正。
3、 热力学温标 与具体的测温物质的属性无关，是一种理论温标。 在理想气体温标适用的温度范围内，理想气体温 标是热力学温标的具体实现方式。（第三章介绍）
4、国际温标
1927年开始建立国际实用温标.几经修改，现在国际 上采用的是1990年国际温标（ITS--90）。
1K定义为水的三相点温度的1/273.16。
T = t+273.15（k）
§3 物态方程之间满足一定的函 数关系。
处于热平衡的热力学系统具有确定的温度，而且温 度是状态参量的函数：
T = T（x、y） 上式可改写为： f（T、x、y）= 0
系统的物态方程
一、气体定律（实验定律）
1.玻意耳定律（1662） PVC
3、各向同性固体与液体的物态方程
各向同性固体和液体同气体一样，也可以用p,V作 状态参量描述一定质量的系统状态。

例如，对用摄氏温标标度的水银温度计来说， （a）测温物质:水银； 测温属性:水银的体积随温度的变化特性 （b）规定固定点： 按照摄氏温标的标度法，取标准大气压下溶解着的冰的 温度为0“度”，标准大气压下沸腾的纯净水的温度为 100“度”。 （c）对测温属性随温度的变化关系作出规定： 冰点和汽气点之间100等分。这种标度方法实际上是假 定了水银的测温属性随温度的变化关系是线性的。
1854年，开尔文(Kelvin,lord ）在热力学第二定律的 基础上引入了一种不依赖于任何具体物质特性的温标，称 为开尔文温标或热力学温标。 由于这种温标取热力学上所能达到的最低温度为零度, 所以又称为绝对热力学温标或简称绝对温标。 热力学温标已成为热力学理论和近代科学广泛使用的标 准温标。应当指出,热力学温标只是一种理论温标。 可以证明，理想气体温标在其可以使用的温度范围内与 热力学温标是一致的,所以可用理想气体温标来实现热力学 温标。
(2)理想温标
理想温标是指与测温物质和测温属性无关的温标，理 想气体温标和热力学温标（也称开尔文温标或绝对温标） 便属于这类温标。
1）理想气体温标 （a）定容气体温度计 理想气体温标是通过气体温度计来实现的。气体温度 计有定容和定压两种，实践上多使用定容气体温度计。定 容气体温度计保持气体的体积不变，以气体的压强作为测 温属性。
(b)理想气体温标
实验表明，当气体温度计测温泡中的气体压强降 低时，不同测温物质和不同测温属性引起的差别将逐 渐消失。在压强趋于零的极限下，它们趋于一个共同 的极限温标，这个极限温标称为理想气体温标，由它 计量的温度用T来表示。
p T 273.16K lim ptr 0 p tr
（1.2.9）
我们把表征达成平衡的诸热力学系统的共同性质的物 理量叫做温度。 显然，一切互为热平衡的系统应当具有相同的温度。 热力学第零定律不仅给出了温度的概念，也给出了比 较不同物体的温度的方法。由于处于热平衡的物体具有相 同的温度，所以在比较两个物体的温度时不需要两物体直 接进行热接触，只需取热容量较小的第三个物体作为衡量 标准，让它分别与两个待测物体进行热接触就行了。这个 被取为衡量标准的物体就是温度计。

第二章 热力学第一定律
First Law Of Thermodynamics
第一章内容回顾
一、本章基本公式列表于1-1，在学习中应熟练掌握。
表1-1 第一章的基本公式
v V m m v p pb p e p pb p v t T 273.15K W1 2. Q1 2 或 或 或 T t 273.15K w1 2 q1 2
二、迁移能——功量和热量
功量和热量都是系统与外界相互作用所传递的能量，而不 是系统本身所具有的能量（如热力学能、宏观动能和重力
位能等），其值并不由系统的状态确定，而是与传递时所
经历的具体过程有关。 功量和热量不是系统的状态参数，而是与过程特征有关的过 程量，称为迁移能。
三、功量
热力系与外界发生功的作用有多种形式，包括容积功、 推动功、流动功等。
pb
f
传热（不需要物体的宏观位移）：当热源与工质接触时，接
触处两个物体中杂乱运动的质点进行能量交换，结果高 温物体把能量传递给低温物体
作功过程往往伴随着能量形态的转化：
工质膨胀过程：热力学能→机械能 工质压缩过程：机械能→热力学能 热能转化为机械能的过程包括两类过程： （1）能量转换的热力学过程：由热能传递转变为工质的热 力学能，然后由工质膨胀把热力学能变为机械能，转换过 程中工质的热力状态发生变化，能量的形式也发生变化； （2）单纯的机械过程：由热能转换而得的机械能再变成活 塞和飞轮的动能，若考虑工质本身的速度和离地面高度的变 化，则还变成工质的宏观动能和位能，其余部分则通过机器 轴对外输出。
第二章 热力学第一定律
First Law Of Thermodynamics
本章的基本要求

深入理解热力学第一定律的实质； 掌握能量、储存能、热力学能、迁移能、焓的概念及计算式； 掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功的概念及计算式； 熟练掌握热力学第一定律的基本能量方程式（闭口系统和开口 系统），能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析 计算工程实际中的有关问题。

第二章 热力学第二定律
第二章 热力学第一定律
2-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为 44000kJ/kg ，汽油密度 0.75g/cm3 。
测得该车通过车轮出的功率为 64kW，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。
解： 汽油总发热量 Q = 34.1×10 −3m3 × 750kg/m3 × 44000kJ/kg = 1125300kJ
汽车散发热量 Qout = Q −W × 3600 = (1125300 − 64× 3600)kJ/h = 894900kJ/h
2-2 1kg 氧气置于图 2-13 所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无磨擦。初始时氧气压
力为 0.5MPa，温度为 27℃，若气缸长度 2 l ，活塞质量为 10kg。试计算拔除钉后，活塞可能
即每生产 1 公斤压缩空气所需技术功为 252kJ。
（3）压气机每分钟生产压缩空气 10kg，即1/ 6kg/s ，故带动压气机的电机功率为
N
=
q m wt
=
1 6
kg/s × 252kJ/kg
=
42kW
9
第二章 热力学第二定律
2-10 某蒸汽动力厂中锅炉以 40T/h 的蒸汽供入蒸汽轮机。进口处压力表上读数是 9MPa ，蒸 汽的焓是 3441kJ/kg 。蒸汽轮机出口处真空表上的读数是 0.0974MPa ，出口蒸汽的焓是
的室内空气每小时温度的升高值，已知空气的热力学能与温度关系为 ∆u = 0.72∆TkJ/kg 。
解 室内空气总质量 m = pV = 0.1×106 Pa ×15m2 × 3.0m = 52.06kg RgT 287J/(kg ⋅ K) × (28 + 273.15)K