第一章 热力学基本概念

第一章热力学基本概念一、基本概念热机：可把热能转化为机械能的机器统称为热力发动机，简称热机。

工质：实现热能与机械能相互转换的媒介物质即称为工质。

热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分割开来，这种人为分割的研究对象，称为热力系统。

边界：系统与外界得分界面。

外界：边界以外的物体。

开口系统：与外界有物质交换的系统，控制体（控制容积）。

闭口系统：与外界没有物质的交换，控制质量。

绝热系统：与外界没有热量的交换。

孤立系统：与外界没有任何形式的物质和能量的交换的系统。

状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变，系统内外同时建立热和力的平衡，这时系统的状态就称为热力平衡状态。

状态参数：温度、压力、比容（密度）、内能、熵、焓。

强度性参数：与系统内物质的数量无关，没有可加性。

广延性参数：与系统同内物质的数量有关，具有可加性。

准静态过程：过程进行的非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近于平衡状态。

可逆过程：当系统进行正反两个过程后，系统与外界都能完全回复到出示状态。

膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或者缩小）而通过系统边界向外界传递的机械功。

（对外做功为正，外界对系统做功为负）。

热量：通过系统边界向外传递的热量。

热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列中间过程，最后又回到初始状态。

二、基本公式⎰⎰=-=02112dx x x dx理想气体状态方程式：RT pV m =循环热效率1q w nett =η 制冷系数netw q 2=ε 第二章 热力学第一定律一、基本概念热力学第一定律：能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定。

热力学能：储存在系统内部的能量（内能、热能） 外储存能：宏观动能和重力位能。

高中化学第一章复习教案：了解热力学基本概念和状态函数。

一、热力学基本概念1.热力学系统：指以特定程度的控制，封闭的宏观物体或物质。

2.热力学第一定律：能量守恒定律。

能量不可能自行从低温物体传输到高温物体，而需要外部能量输入才能实现。

3.热力学第二定律：熵增定律。

所有封闭系统都会趋向于处于一种更加无序的状态。

4.热力学第三定律：绝对温标定律。

所有物体的熵都趋向于在绝对零度时为零。

二、状态函数状态函数是一个描述系统状态的函数，其值只取决于系统状态，而不取决于系统的过程。

1.热容：单位质量的物质在温度变化时吸收或放出的热量和温度变化之间的比值，称为该物质的热容。

常用符号为C。

2.摩尔热容：单位摩尔的物质在温度变化时吸收或放出的热量和温度变化之间的比值，称为该物质的摩尔热容。

常用符号为Cm。

3.焓：定义为系统在压力不变的情况下吸收或放出的能量，常用符号为H。

4.焓变：两个状态函数之间的差值。

5.熵：描述系统的有序程度与混乱程度，单位为焦耳/摄氏度，常用符号为S。

6.自由能：系统可做的气功或其他功与系统的温度和熵的乘积之和，常用符号为G。

三、热力学基本公式1.内能公式：ΔU=Q+W，Q为吸放热量，W为功。

2.焓公式：ΔH=Qp，在压力不变的情况下，焓变等于吸放的热量。

3.无限小热力学第二定律：dS≥0，在封闭系统中，系统的熵始终趋向于增加。

4.热力学第三定律公式：S=0，当物体的温度趋向于绝对零度时，熵趋向于零。

四、应用案例1.热容应用：在制冷空调系统中，需要知道工质的热容，从而确定其制冷性能。

2.摩尔热容应用：对于许多化学反应，需要了解反应热容以确定其热力学特性。

3.焓应用：在实际工程计算中，需要根据焓变和功的关系来计算压力、温度等重要参数。

4.熵应用：计算化学反应的平衡常数时，需要使用由熵相关数学公式得到的结果。

五、总结本教案介绍了热力学的基本概念和状态函数，通过一系列公式和案例的讲解，帮助学生巩固相关知识，为进一步学习和应用热力学知识打下坚实的基础。

热力学统计物理简明教程第一章：热力学基本概念1.1 热力学系统：定义热力学系统为与外界相互作用的物质集合，可以是一个孤立系统、封闭系统或开放系统。

1.2 热平衡：当一个系统与外界无能量交换时，系统达到热平衡。

系统内各部分的温度、压力等宏观性质保持恒定。

1.3 状态函数：热力学基本量，与系统的当前状态有关而与历史路径无关，如内能、熵、压力、温度等。

第二章：热力学定律2.1 第一定律：能量守恒原理，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能转化形式或在系统间传递。

2.2 第二定律：熵的增加原理，自然界中熵总是趋向增加的方向进行变化，热量只能自高温物体流向低温物体。

2.3 第三定律：绝对零度不可达到，任何物体都无法降至绝对零度（零开尔文）。

3.1 宏观态与微观态：一个宏观系统对应于多个微观系统可能的状态，微观态是描述微观粒子的位置和动量等的状态。

3.2 统计平均：宏观量可以通过对大量微观状态进行统计平均来获得。

3.3 热力学极限：当系统粒子数足够大时，微观态的统计平均值可以近似为宏观量。

第四章：分布函数与统计热力学4.1 统计系综：包括正则系综、巨正则系综和平均系综等，用于描述与热平衡态相关的情况。

4.2 分布函数：用于描述系统处于不同状态的概率分布，如能级分布函数、玻尔兹曼分布等。

4.3 统计热力学量：基于分布函数和统计平均，可以推导出各种统计热力学量的表达式，如配分函数、自由能、熵等。

第五章：应用与实例5.1 理想气体模型：通过应用统计物理理论，可以推导出理想气体的各种性质，如压力、内能和熵等。

5.2 凝聚态物质：应用统计物理理论可以解释凝聚态物质的相变，如固体到液体的熔化和液体到气体的汽化等。

5.3 热力学函数的应用：通过计算热力学函数，可以推导出一些与实际系统相关的性质，如化学反应平衡条件和热电材料的热电效应等。

以上是热力学统计物理简明教程的大致内容，希望能够帮助你对热力学统计物理有初步的了解。

第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来,这种人为分隔的研究对象,称为热力系统,简称系统;边界：分隔系统与外界的分界面,称为边界;外界：边界以外与系统相互作用的物体,称为外界或环境;闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统,也称控制质量;开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统,又称控制体积,简称控制体,其界面称为控制界面; 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递,称为绝热系统;孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统;单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系;复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系,如固、液、气组成的三相系统;单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系; 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系;均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系;非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布,称非均匀系;热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况,称为工质的热力状态,简称为状态;平衡状态：系统在不受外界影响的条件下,如果宏观热力性质不随时间而变化,系统内外同时建立了热的和力的平衡,这时系统的状态称为热力平衡状态,简称为平衡状态;状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数;如温度T、压力P、比容υ或密度ρ、内能u、焓h、熵s、自由能f、自由焓g等;基本状态参数：在工质的状态参数中,其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来,称为基本状态参数;温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量,其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映;热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡,则它们彼此之间也必然处于热平衡; 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力,称为压力,也称压强;相对压力：相对于大气环境所测得的压力;如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力;比容：单位质量工质所具有的容积,称为工质的比容;密度：单位容积的工质所具有的质量,称为工质的密度;强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同,与质量多少无关,没有可加性,如温度、压力等;在热力过程中,强度性参数起着推动力作用,称为广义力或势;广延性参数：整个系统的某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之和,如系统的容积、内能、焓、熵等;在热力过程中,广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用,称为广义位移; 准静态过程：过程进行得非常缓慢,使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态,从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态,整个过程可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成,并称之为准静态过程; 可逆过程：当系统进行正、反两个过程后,系统与外界均能完全回复到初始状态,这样的过程称为可逆过程;膨胀功：由于系统容积发生变化增大或缩小而通过界面向外界传递的机械功称为膨胀功,也称容积功;热量：通过热力系边界所传递的除功之外的能量; 热力循环：工质从某一初态开始,经历一系列状态变化,最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环,简称循环;2.常用公式状态参数:1212xxdx-=⎰⎰=0dx状态参数是状态的函数,对应一定的状态,状态参数都有唯一确定的数值,工质在热力过程中发生状态变化时,由初状态经过不同路径,最后到达终点,其参数的变化值,仅与初、终状态有关,而与状态变化的途径无关;温 度 ：1．BT w m =22式中22w m —分子平移运动的动能,其中m 是一个分子的质量,w 是分子平移运动的均方根速度； B —比例常数；T —气体的热力学温度;2．t T +=273压 力 ：1．nBT w m n p 322322==式中P —单位面积上的绝对压力；n —分子浓度,即单位容积内含有气体的分子数VNn =,其中N 为容积V 包含的气体分子总数; 2．fFp =F —整个容器壁受到的力,单位为牛N ；f —容器壁的总面积m 2;3．g p B p +=P >BH B p -=P <B式中 B —当地大气压力P g —高于当地大气压力时的相对压力,称表压力；H —低于当地大气压力时的相对压力,称为真空值; 比容: 1．mV v = m 3/kg式中 V —工质的容积m —工质的质量2．1=v ρ 式中 ρ—工质的密度kg/m3v —工质的比容m 3/kg热力循环:⎰⎰=w q δδ或∑=∆0u ,⎰=0du循环热效率:12121101q q q q q q w t -=-==η 式中 q 1—工质从热源吸热；q 2—工质向冷源放热；w 0—循环所作的净功;制冷系数：212021q q q w q -==ε 式中 q 1—工质向热源放出热量；q 2—工质从冷源吸取热量；w 0—循环所作的净功;供热系数：211012q q q w q -==ε 式中 q 1—工质向热源放出热量q 2—工质从冷源吸取热量w 0—循环所作的净功第二章 气体的热力性质 1.基本概念理想气体：气体分子是由一些弹性的、忽略分子之间相互作用力引力和斥力、不占有体积的质点所构成;比热：单位物量的物体,温度升高或降低1K1℃所吸收或放出的热量,称为该物体的比热;定容比热：在定容情况下,单位物量的物体,温度变化1K1℃所吸收或放出的热量,称为该物体的定容比热;定压比热：在定压情况下,单位物量的物体,温度变化1K1℃所吸收或放出的热量,称为该物体的定压比热;定压质量比热：在定压过程中,单位质量的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定压质量比热;定压容积比热：在定压过程中,单位容积的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定压容积比热;定压摩尔比热：在定压过程中,单位摩尔的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定压摩尔比热;定容质量比热：在定容过程中,单位质量的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定容质量比热;定容容积比热：在定容过程中,单位容积的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定容容积比热;定容摩尔比热：在定容过程中,单位摩尔的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定容摩尔比热;混合气体的分压力：维持混合气体的温度和容积不变时,各组成气体所具有的压力;道尔顿分压定律：混合气体的总压力P 等于各组成气体分压力P i 之和;混合气体的分容积：维持混合气体的温度和压力不变时,各组成气体所具有的容积;阿密盖特分容积定律：混合气体的总容积V 等于各组成气体分容积V i 之和;混合气体的质量成分：混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值称为混合气体的质量成分;混合气体的容积成分：混合气体中某组元气体的容积与混合气体总容积的比值称为混合气体的容积成分;混合气体的摩尔成分：混合气体中某组元气体的摩尔数与混合气体总摩尔数的比值称为混合气体的摩尔成分;对比参数：各状态参数与临界状态的同名参数的比值;对比态定律：对于满足同一对比态方程式的各种气体,对比参数r p 、r T 和r v 中若有两个相等,则第三个对比参数就一定相等,物质也就处于对应状态中; 2.常用公式 理想气体状态方程： 1．RT pv =式中 p —绝对压力 Pa v —比容m 3/kgT —热力学温度 K 适用于1千克理想气体;2．mRT pV =式中 V —质量为m kg 气体所占的容积 适用于m 千克理想气体; 3．T R pV M 0=式中 V M = M v —气体的摩尔容积,m 3/kmol ；R 0=MR —通用气体常数,J/kmol ·K适用于1千摩尔理想气体; 4．T nR pV 0=式中 V —nK mol 气体所占有的容积,m 3；n —气体的摩尔数,Mmn =,kmol适用于n 千摩尔理想气体;5．通用气体常数：R 083140=RJ/Kmol ·KR 0与气体性质、状态均无关;6．气体常数：RMM R R 83140==J/kg ·K R 与状态无关,仅决定于气体性质;7．112212p v p v T T =比热：1．比热定义式：dTqc δ=表明单位物量的物体升高或降低1K 所吸收或放出的热量;其值不仅取决于物质性质,还与气体热力的过程和所处状态有关;2．质量比热、容积比热和摩尔比热的换算关系：04.22'ρc Mcc ==式中 c —质量比热,kJ/Kg ·k 'c —容积比热,kJ/m 3·kM c —摩尔比热,kJ/Kmol ·k3．定容比热：vv vvT u dT du dTq c ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂===δ 表明单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K 所吸收或放出的热量; 4．定压比热：dTdh dTq c pp==δ 表明单位物量的气体在定压情况下升高或降低1K 所吸收或放出的热量; 5．梅耶公式：R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==-6．比热比： vp vp vp Mc Mc c c c c ===''κ1-=κκRc v 1-=κnRc p道尔顿分压定律：VT ni i n p p p p p p ,1321⎥⎦⎤⎢⎣⎡=++++=∑=阿密盖特分容积定律：PT ni i n V V V V V V ,1321⎥⎦⎤⎢⎣⎡=++++=∑=质量成分：ii m g m=1211nn i i g g g g =+++==∑容积成分： ii V r V=1211nn i i r r r r r ==++==∑ 摩尔成分： i i n x n =1211nn i i x x x x x ==+++==∑容积成分与摩尔成分关系：i i i nr x n==质量成分与容积成分：i i i i i i i i m n M M M g x r m nM M M====i i i ii i i M Rg r r r M R ρρ===折合分子量：111ni in ni i i i i i i n Mm M x M r M nn=======∑∑∑1211211nn i i niM g g g g M M M M ===+++∑折合气体常数：0010001nnii ni i ii i i R m n R R nRM R g R M mmm========∑∑∑001122n nR R R M r M r M r M ==+++12121n n r r r R R R =+++11ni i ir R==∑分压力的确定i i i Vp p r p V==i i i i i i i R Mp g p g p g p M R ρρ=== 混合气体的比热容：121nn n i ii c g g c g c ==+=∑12c +g c +混合气体的容积比热容：121'''nn n i i i c r r c rc ==+=∑12c'+r c'+混合气体的摩尔比热容：11n ni i i i i i i Mc M g c x M c ====∑∑混合气体的热力学能、焓和熵 1ni i UU ==∑ 或1ni i i U m u ==∑1n i i H H ==∑ 或 1ni i i H m h ==∑1n i i S S ==∑ 或 1ni i i S m s ==∑ 范德瓦尔Van der Waals 方程()2a p v b RTv ⎛⎫+-= ⎪⎝⎭ 对于1kmol 实际气体()02M M a p V b R T V ⎛⎫+-= ⎪⎝⎭ 压缩因子：id v pvz v RT==对比参数： r c TT T =, r cpp p =,r cv v v =第三章 热力学第一定律 1.基本概念热力学第一定律:能量既不能被创造,也不能被消灭,它只能从一种形式转换成另一种形式,或从一个系统转移到另一个系统,而其总量保持恒定,这一自然界普遍规律称为能量守恒与转换定律;把这一定律应用于伴有热现象的能量和转移过程,即为热力学第一定律;第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机,称为第一类永动机;热力学能：热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和;外储存能：也是系统储存能的一部分,取决于系统工质与外力场的相互作用如重力位能及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量宏观动能;这两种能量统称为外储存能;轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功;流动功或推动功：当工质在流进和流出控制体界面时,后面的流体推开前面的流体而前进,这样后面的流体对前面的流体必须作推动功;因此,流动功是为维持流体通过控制体界面而传递的机械功,它是维持流体正常流动所必须传递的能量; 焓：流动工质向流动前方传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量;对于流动工质,焓=内能+流动功,即焓具有能量意义；对于不流动工质,焓只是一个复合状态参数;稳态稳流工况：工质以恒定的流量连续不断地进出系统,系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定,不随时间变化,称稳态稳流工况;技术功：在热力过程中可被直接利用来作功的能量,称为技术功;动力机：动力机是利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备;压气机：消耗轴功使气体压缩以升高其压力的设备称为压气机;节流：流体在管道内流动,遇到突然变窄的断面,由于存在阻力使流体压力降低的现象;2.常用公式 外储存能： 宏观动能：221mc E k =重力位能：mgz E p =式中g —重力加速度;系统总储存能：1．p k E E U E ++=或mgz mc U E ++=2212．gz c u e ++=221 3．U E = 或u e =没有宏观运动,并且高度为零热力学能变化： 1．dT c duv =,⎰=∆21dT c u v适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=∆适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程用定值比热计算 3．1020121221t c t c dt c dt c dt c u t vmt vmt v t v t t v ⋅-⋅=-==∆⎰⎰⎰适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程用平均比热计算 4．把()T f c v =的经验公式代入⎰=∆21dT c u v 积分;适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程用真实比热公式计算 5．∑∑====+++=ni i i ni i n u m U U U U U1121由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和,各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积; 6．⎰-=∆21pdv q u适用于任何工质,可逆过程; 7．q u =∆适用于任何工质,可逆定容过程8．⎰=∆21pdv u适用于任何工质,可逆绝热过程;9．0=∆U适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程;10．W Q U -=∆适用于mkg 质量工质,开口、闭口,任何工质,可逆、不可逆过程; 11.w q u -=∆适用于1kg 质量工质,开口、闭口,任何工质,可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ适用于微元,任何工质可逆过程 13．pv h u ∆-∆=∆热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值; 焓的变化： 1．pV U H+=适用于m 千克工质2．pv u h +=适用于1千克工质 3．()T f RT u h =+=适用于理想气体4．dT c dhp =,dT c h p ⎰=∆21适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程5．)(12T T c h p -=∆适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程,用定值比热计算 6221211201t t t t t p p p pmpm t h c dt c dt c dt c t c t ∆==-=⋅-⋅⎰⎰⎰适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程用平均比热计算 7．把()T f c p =的经验公式代入⎰=∆21dT c h p 积分;适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程,用真实比热公式计算 8.∑∑====+++=ni i i n i i n h m H H H H H1121由理想气体组成的混合气体的焓等于各组成气体焓之和,各组成气体焓又可表示为单位质量焓与其质量的乘积;9．热力学第一定律能量方程CVS dE W m gz C h m gz C h Q ++⎪⎭⎫⎝⎛++-⎪⎭⎫ ⎝⎛++=δδδδ11211222222121适用于任何工质,任何热力过程;10．s w gdz dc q dh δδ---=221 适用于任何工质,稳态稳流热力过程 11．s w q dh δδ-=适用于任何工质稳态稳流过程,忽略工质动能和位能的变化;12．⎰-=∆21vdp q h适用于任何工质可逆、稳态稳流过程,忽略工质动能和位能的变化; 13．⎰-=∆21vdp h适用于任何工质可逆、稳态稳流绝热过程,忽略工质动能和位能的变化; 14．q h =∆适用于任何工质可逆、稳态稳流定压过程,忽略工质动能和位能的变化; 15．0=∆h适用于任何工质等焓或理想气体等温过程; 熵的变化： 1．⎰=∆21Tqs δ适用于任何气体,可逆过程; 2．g fs s s ∆+∆=∆f s ∆为熵流,其值可正、可负或为零；g s ∆为熵产,其值恒大于或等于零; 3．12lnT T c s v=∆理想气体、可逆定容过程 4．12lnT T c s p=∆理想气体、可逆定压过程 5．2112ln lnp pR v v R s ==∆理想气体、可逆定温过程 6．0=∆s 定熵过程121212121212ln lnln lnln ln p p c v v c p p R T T c v v R T T c s v p pv +=-=+=∆适用于理想气体、任何过程 功量：膨胀功容积功： 1．pdv w =δ 或⎰=21pdv w适用于任何工质、可逆过程 2．0=w适用于任何工质、可逆定容过程 3．()21w p v v =-适用于任何工质、可逆定压过程 4．12lnv v RT w =适用于理想气体、可逆定温过程 5．u q w ∆-=适用于任何系统,任何工质,任何过程; 6．q w =适用于理想气体定温过程; 7．u w ∆-=适用于任何气体绝热过程; 8．dT C w v ⎰-=21适用于理想气体、绝热过程 9．()()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--=--=∆-=-k k p p k RT T T R k v p v p k uw 1121212211111111适用于理想气体、可逆绝热过程 10．()()()11111111121212211≠⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--=--=-n p p n RT T T R n v p v p n w n n 适用于理想气体、可逆多变过程 流动功: 1122v p v p w f-=推动1kg 工质进、出控制体所必须的功; 技术功: 1．s tw z g c w +∆+∆=221 热力过程中可被直接利用来作功的能量,统称为技术功; 2．s tw gdz dc w δδ++=221 适用于稳态稳流、微元热力过程 3．2211v p v p w w t-+=技术功等于膨胀功与流动功的代数和; 4．vdp w t-=δ适用于稳态稳流、微元可逆热力过程 5．⎰-=21vdp w t适用于稳态稳流、可逆过程 热量：1．TdS q =δ适用于任何工质、微元可逆过程;2．⎰=21Tds q适用于任何工质、可逆过程 3．W UQ +∆=适用于mkg 质量任何工质,开口、闭口,可逆、不可逆过程 4．w u q +∆=适用于1kg 质量任何工质,开口、闭口,可逆、不可逆过程 5．pdv du q +=δ适用于微元,任何工质可逆过程; 6．⎰+∆=21pdv uq适用于任何工质可逆过程; 7.2222212Q h C gZ m δδ⎛⎫=++-⎪⎝⎭2111112S CV h C gZ m W dE δδ⎛⎫++++ ⎪⎝⎭适用于任何工质,任何系统,任何过程; 8．s w gdz dc dh q δδ+++=221适用于微元稳态稳流过程9．t w h q +∆= 适用于稳态稳流过程 10．u q ∆=适用于任何工质定容过程 11．()12T T c q v-=适用于理想气体定容过程; 12．h q ∆=适用于任何工质定压过程 13．()12T T c q p-=适用于理想气体、定压过程 14．0=q适用于任何工质、绝热过程 15．()()1112≠---=n T T c n kn q v 适用于理想气体、多变过程第四章 理想气体的热力过程及气体压缩1.基本概念分析热力过程的一般步骤：1.依据热力过程特性建立过程方程式,p=fv ；2.确定初、终状态的基本状态参数；3.将过程线表示在p-v 图及T —s 图上,使过程直观,便于分析讨论;4.计算过程中传递的热量和功量;绝热过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程,即0=q δ或0=q 称为绝热过程; 定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程,称为定熵过程; 多变过程：凡过程方程为=n pv 常数的过程,称为多变过程;定容过程：定量工质容积保持不变时的热力过程称为定容过程;定压过程：定量工质压力保持不变时的热力过程称为定压过程;定温过程：定量工质温度保持不变时的热力过程称为定温过程;单级活塞式压气机工作原理：吸气过程、压缩过程、排气过程,活塞每往返一次,完成以上三个过程; 活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比,称为容积效率;活塞式压气机的余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞,在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙,称为余隙容积,简称余隙; 最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时,各级的增压比称为最佳增压比;压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下,可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比,称为压气机的效率; 热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能,则此循环称为热机循环; 气体主要热力过程的基本公式多变指数n ：z 级压气机,最佳级间升压比：i 1z1p p β＋＝第五章 热力学第二定律 1.基本概念 热力学第二定律：开尔文说法：只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的;克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体;第二类永动机：从单一热源取得热量,并使之完全转变为机械能而不引起其他变化的循环发动机,称为第二类永动机;孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统;孤立系统熵增原理：任何实际过程都是不可逆过程,只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行; 定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程,称为定熵过程;热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能,则此循环称为热机循环;制冷：对物体进行冷却,使其温度低于周围环境温度,并维持这个低温称为制冷;制冷机：从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械称为制冷机;热泵：将从低温热源吸取的热量传送至高温暖室所用的机械装置称为热泵;理想热机：热机内发生的一切热力过程都是可逆过程,则该热机称为理想热机;卡诺循环：在两个恒温热源间,由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的循环,称为卡诺循环;卡诺定理：1．所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环,其热效率都相等,与采用哪种工质无关; 2．在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环; 自由膨胀：气体向没有阻力空间的膨胀过程,称为自由膨胀过程; 2.常用公式 熵的定义式：⎰=∆21Tqs δ J/kg K工质熵变计算：12s s s -=∆,⎰=0ds工质熵变是指工质从某一平衡状态变化到另一平衡状态熵的差值;因为熵是状态参数,两状态间的熵差对于任何过程,可逆还是不可逆都相等;1．1212ln ln v vR T T c s v +=∆理想气体、已知初、终态T 、v 值求 ΔS;2．1212ln ln P PR T T c s P -=∆理想气体已知初、终态T 、P 值求 ΔS;3．1212ln ln P Pc v v c s v P +=∆理想气体、已知初、终态P 、v 值求 ΔS; 4．固体及液体的熵变计算：12ln ,T T mc s T mcdTds =∆=5．热源熵变：TQ s =∆ 克劳修斯不等式：0≤⎰rT Qδ任何循环的克劳修斯积分永远小于零,可逆过程时等于零; 闭口系统熵方程：∑=∆=∆∆+∆=∆ni i iso sur sys iso s s s s s 1或式中： ΔS sys ——系统熵变； ΔS sur ——环境熵变；ΔS I ——某子系统熵变;开口系统熵方程：1122s m s m s s s sur sys iso -+∆+∆=∆式中：m 2s 2——工质流出系统的熵；m 1s 1——工质流入系统的熵; 不可逆作功能力损失： ISO S T W∆=∆0式中：T 0——环境温度；ΔS ISO ——孤立系统熵增;第八章 湿空气 1.基本概念湿空气：干空气和水蒸气所组成的混合气体; 饱和空气：干空气和饱和水蒸气所组成的混合气体;未饱和空气：干空气和过热水蒸气所组成的混合气体;绝对湿度：每立方米湿空气中所含有的水蒸气质量;饱和绝对湿度：在一定温度下饱和空气的绝对湿度达到最大值,称为饱和绝对湿度相对湿度：湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值含湿量比湿度：在含有1kg 干空气的湿空气中,所混有的水蒸气质量饱和度：湿空气的含湿量d 与同温下饱和空气的含湿量d s 的比值湿空气的比体积：在一定温度T 和总压力p 下,1kg 干空气和水蒸气所占有的体积湿空气的焓： 1kg 干空气的焓和水蒸气的焓的总和; 第十一章 制 冷 循 环 1．基本概念制冷：对物体进行冷却,使其温度低于周围环境的温度,并维持这个低温称为;空气压缩式制冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀,获得低温低压的空气;蒸汽喷射制冷循环：用引射器代替压缩机来压缩制冷剂,以消耗蒸汽的热能作为补偿来实现制冷的目的;蒸汽喷射制冷装置：由锅炉、引射器或喷射器、冷凝器、节流阀、蒸发器和水泵等组成;吸收式制冷：利用制冷剂液体气化吸热实现制冷,它是直接利用热能驱动,以消耗热能为补偿将热量从低温物体转移到环境中去;吸收式制冷采用的工质是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液,其中沸点低的物质为制冷剂,沸点高的物质为吸收剂; 热泵：是一种能源提升装置,以消耗一部分高位能机械能、电能或高温热能等为补偿,通过热力循环,把环境介质水、空气、土壤中贮存的不能直接利用的低位能量转换为可以利用的高位能;影响制冷系数的主要因素：降低制冷剂的冷凝温度即热源温度和提高蒸发温度冷源温度,都可使制冷系数增高; 2．常用公式制冷系数：210q w ε==收获消耗空气压缩式制冷系数 1122111111T p T p κκε-==-⎛⎫- ⎪⎝⎭或1121T T T ε=-卡诺循环的制冷系数：11,31c T T T ε=-习题答案2-5当外界为标准状态时,一鼓风机每小时可送300 m 3的空气,如外界的温度增高到27℃,大气压降低到,而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3,问鼓风机送风量的质量改变多少解：同上题2130099.3101.32512()()100021287300273v p p m m m R T T =-=-=-⨯＝2－14 如果忽略空气中的稀有气体,则可以认为其质量成分为%2.232=go ,%8.762=N g ;试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度; 解：折合分子量28768.032232.011+==∑ii Mg M ＝气体常数86.2883140==M R R ＝288)/(K kg J • 容积成分2/22Mo M g r o o =＝％ =2N r1－％＝％标准状态下的比容和密度4.2286.284.22==M ρ＝ kg /m 3ρ1=v ＝ m 3/kg2—181天然气在标准状态下的密度；2各组成气体在标准状态下的分压力; 解：1密度(97160.6300.18440.18580.2441.8328)/100i i M rM ==⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯∑ ＝30/736.04.2248.164.22m kg M ===ρ 2各组成气体在标准状态下分压力 因为：p r p i i ===325.101*%974CH p3－8 容积由隔板分成两部分,左边盛有压力为600kPa,温度为27℃的空气,右边为真空,容积为左边5倍;将隔板抽出后,空气迅速膨胀充满整个容器;试求容器内最终压力和温度;设膨胀是在绝热下进行的;解：热力系：左边的空气 系统：整个容器为闭口系统 过程特征：绝热,自由膨胀 根据闭口系统能量方程WU Q +∆=绝热0=Q自由膨胀W ＝0 因此ΔU=0。