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工程热力学讲稿 第1章 基本概念

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一、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。
平衡状态的充要条件:
热平衡(温度平衡) 力平衡(压力平衡)
化学势平衡(包括相平衡和化学平衡)
注意:平衡必稳定,反之稳定未必平衡。
平衡与均匀也是不同的概念,均匀是相对于空间,平衡是相对于时间。平衡不一定均匀。

状态公理:确定纯物质系统平衡状态的独立参数=n+1
式中n表示传递可逆功的形式,而加1表示能量传递中的热量传递。
例如:对除热量传递外只有膨胀功(容积功)传递的简单可压缩系统,
n=1,于是确定系统平衡状态的独立参数为1十1=2
所有状态参数都可表示为任意两个独立参数的函数。
状态方程: 反映工质处于平衡状态时基本状态参数的制约关系。
纯物质简单可压缩系统的状态方程:F(P,V,T)=0

1.4 准静态过程与可逆过程

热力过程:系统状态的连续变化称系统经历了一个热力过程。
一、准静过程:如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小,以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态,这样的过程称为准静态过程。

注意:准静态过程是一种理想化的过程,实际过程只能接近准静态过程。

二、可逆过程:系统经历一个过程后,如令过程逆行而使系统与外界同时恢复到初始状态,而不留下任何痕迹,则此过程称为可逆过程。
1.5   热力循环:

定义:工质从某一初态开始,经历一系列状态变化,最后由回复到初态的过程。

本章应注意的问题

1.热力系统概念,它与环境的相互作用,三种分类方法及其特点,以及它们之间的相互关系。
2.引入准静态过程和可逆过程的必要性,以及它们在实际应用时的条件。
3.系统的选择取决于研究目的与任务,随边界而定,具有随意性。选取不当将不便于分析。 选定系统后需要精心确定系统与外界之间的各种相互作用以及系统本身能量的变化,否则很难获得正确的结论。
4.稳定状态与平衡状态的区分:稳定状态时状态参数虽然不随时间改变,但是靠外界影响来的。平衡状态是系统不受外界影响时,参数不随时间变化的状态。二者既有所区别,又有联系。平衡必稳定,稳定未必平衡。
5.状态参数的特性及状态参数与过程参数的区别。

思考题:
1.温度为100℃的热源,非常缓慢地把热量加给处于平衡状态下的0℃的冰水混合物,试问:1、冰水混合物经历的是准静态过程吗?2、加热过程是否可逆?
2.平衡态与稳态(稳态即系统内各点的状态参数均不随时间而变)有何异同?热力学中讨论平衡态有什么意义?
3.外界条件变化时系统有无达到平衡的可能?在外界条件不变时,系统是否一定处于平衡态?
4.判断下列过程是否为可逆过程:
1)对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。
2)对刚性容器内的水作功使其在恒温下蒸发。
3)对刚性容器中的空气缓慢加热使其从50℃升温到100℃
4)定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩
5)100℃的蒸汽流与25℃的水流绝热混合。
6)锅炉中的水蒸汽定压发生过程(温度、压力保持不变)。
7)高压气体突然膨胀至低压。
8)摩托车发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀。
9)气缸中充有水,水上面有无摩擦的活塞,缓慢地对水加热使之蒸发。

作业:1-2、1-6、1-8

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