第4章 理想气体热力过程及气体压缩
4．1 本章基本要求
熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p、v、T、u、h、s的计算，过程量Q、W的计算，以及上述过程在p-v 、T-s图上的表示。
4．2 本章重点
结合热力学第一定律，计算四个基本热力过程、多变过程中的状态参数和过程参数及在p-v 、T-s图上表示。本章的学习应以多做练习题为主，并一定注意要在求出结果后，在p-v 、T-s图上进行检验。
4．3 例 题
例1．2kg空气分别经过定温膨胀和绝热膨胀的可逆过程，如图4.1，从初态1p=9.807bar,1t=300C膨胀到终态容积为初态容积的5倍，试计算不同过程中空气的终态参数，对外所做的功和交换的热量以及过程中内能、焓、熵的变化量。
图4.1
解：将空气取作闭口系
对可逆定温过程1-2，由过程中的参数关系，得
barvvpp961.151807.92112 按理想气体状态方程，得111pRTv=0.1677kgm/3
125vv=0.8385kgm/3
12TT=573K 2t=300C
气体对外作的膨胀功及交换的热量为
1211lnVVVpQWTT=529.4kJ
过程中内能、焓、熵的变化量为
12U=0 12H=0 12S=1TQT=0.9239kJ /K
或12S=mRln12VV=0.9238kJ /K
对可逆绝热过程1-2′, 由可逆绝热过程参数间关系可得
kvvpp)(211'2 其中22'vv=0.8385kgm/3
故 4.12)51(807.9'p=1.03bar
RvpT'''222=301K '2t=28C
气体对外所做的功及交换的热量为
)(11)(11'212211TTmRkVpVpkWs=390.3kJ
0'sQ
工程热力学例题与习题
—30— 第4章
理想气体热力过程及气体压缩
4．1 本章基本要求
熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p、v、T、u、h、s的计算，过程量Q、W的计算，以及上述过程在p-v 、T-s图上的表示。
4．2 本章重点
结合热力学第一定律，计算四个基本热力过程、多变过程中的状态参数和过程参数及在p-v 、T-s图上表示。本章的学习应以多做练习题为主，并一定注意要在求出结果后，在p-v 、T-s图上进行检验。
4．3 例 题
例1．2kg空气分别经过定温膨胀和绝热膨胀的可逆过程，如图4.1，从初态1p=9.807bar,1t=300C膨胀到终态容积为初态容积的5倍，试计算不同过程中空气的终态参数，对外所做的功和交换的热量以及过程中内能、焓、熵的变化量。
图4.1
解：将空气取作闭口系
对可逆定温过程1-2，由过程中的参数关系，得
barvvpp961.151807.92112 工程热力学例题与习题
—31— 按理想气体状态方程，得111pRTv=0.1677kgm/3
125vv=0.8385kgm/3
12TT=573K 2t=300C
气体对外作的膨胀功及交换的热量为
1211lnVVVpQWTT=529.4kJ
过程中内能、焓、熵的变化量为
12U=0 12H=0 12S=1TQT=0.9239kJ /K
或12S=mRln12VV=0.9238kJ /K
对可逆绝热过程1-2′, 由可逆绝热过程参数间关系可得
kvvpp)(211'2 其中22'vv=0.8385kgm/3
故 4.12)51(807.9'p=1.03bar
RvpT'''222=301K '2t=28C
气体对外所做的功及交换的热量为
)(11)(11'212211TTmRkVpVpkWs=390.3kJ
第一章 热力学第一定律
页脚内容
热力学第一定律
一、 基本概念
1.系统与环境
敞开系统：与环境既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统：与环境只有能量交换而无物质交换的系统。（经典热力学主要研究的系统）
孤立系统：不能以任何方式与环境发生相互作用的系统。
2.状态函数：用于宏观描述热力学系统的宏观参量，例如物质的量n、温度T、压强p、体积V等。根据状态函数的特点，我们把状态函数分成：广度性质和强度性质两大类。
广度性质：广度性质的值与系统中所含物质的量成正比，如体积、质量、熵、热容等，这种性质的函数具有加和性，是数学函数中的一次函数，即物质的量扩大a倍，则相应的广度函数便扩大a倍。 强度性质：强度性质的值只与系统自身的特点有关，与物质的量无关，如温度，压力，密度，摩尔体积等。
第一章
热力学第一定律
页脚内容 注：状态函数仅取决于系统所处的平衡状态，而与此状态的历史过程无关，一旦系统的状态确定，其所有的状态函数便都有唯一确定的值。
二、热力学第一定律
热力学第一定律的数学表达式：
对于一个微小的变化状态为：
dU=
公式说明：dU表示微小过程的内能变化，而δQ和δW则分别为微小过程的热和功。它们之所以采用不同的符号，是为了区别dU是全微分，而δQ和δW不是微分。或者说dU与过程无关而δQ和δW却与过程有关。这里的W既包括体积功也包括非体积功。
以上两个式子便是热力学第一定律的数学表达式。它们只能适用在非敞开系统，因为敞开系统与环境可以交换物质，物质的进出和外出必然会伴随着能量的增减，我们说热和功是能量的两种传递形式，显然这种说法对于敞开系统没有意义。
三、体积功的计算
1.如果系统与环境之间有界面，系统的体积变化时，便克服外力做功。将一定量的气体装入一个带有理想活塞的容器中，活塞上部施加外压。当气体膨胀微小体积为dV时，活塞便向上移动微小距离dl，此微小过程中气体克服外力所做的功等于作用在活塞上推力F与活塞上移距离dl的乘积
第一章 热力学第一定律及其应用
第一节 热力学概论
一、热力学的目的和内容
目的：热力学是研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学。广义的说，热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系，研究在一定条件下变化的方向和限度。主要内容是热力学第一定律和第二定律。这两个定律都是上一世纪建立起来的，是人类经验的总结，有着牢固的实验基础。本世纪初又建立了热力学第三定律。
化学热力学：用热力学原理来研究化学过程及与化学有关的物理过程就形成了化学热力学。
化学热力学的主要内容：
1. 利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题。
2. 利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，以及相平衡、化学平衡问题。
3. 利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。
二、热力学的方法及局限性
方法：以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严谨的推导，找出物质的一些宏观性质，根据物质进行的过程前后某些宏观性质的变化，分析研究这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。由于它所研究的对象是大数量分子的集合体，因此，所得结论具有统计性，不适合于个别分子、原子等微观粒子，可以说，此方法的特点就是不考虑物质的微观结构和反应机理，其特点就决定了它的优点和局限性。
局限性：
1. 它只考虑平衡问题，只计算变化前后总账，无需知道物质微观结构的知识。即只能对现象之间联系作宏观了解，不能作微观说明。
2. 它只能告诉我们在某种条件下，变化能否发生，进行的程度如何，而不能说明所需的时间、经过的历程、变化发生的根本原因。尽管它有局限性，但仍为一种非常有用的理论工具。热力学的基础内容分为两章，热力学第一定律和第二定律，在介绍两个定律之前，先介绍热力学的一些基本概念及术语。
三、热力学基本概念
1. 体系与环境
体系：用热力学方法研究问题时，首先要确定研究的对象，将所研究的一部分物质或空间，从其余的物质或空间中划分出来，这种划定的研究对象叫体系或系统(system)。
