熱力過程、功與熱量010203了解熱力過程的定義理解準靜態過程與可逆過程掌握功、熱量與熵的定義課程要求平衡狀態熱能

機械能任何熱力系，如果它原來已經處于平衡狀態，而又沒有外界的作用，那么它將一直保持這種平衡狀態。處于平衡狀態的熱力系，若與外界發生功或熱的相互作用，則平衡將遭到破壞，狀態將發生變化。12熱力過程熱能

機械能定義：熱力系統從某一初始狀態，經歷一系列中間狀態變化到某一最終狀態12不平衡狀態不能用確定的狀態參數和狀態方程表示和分析，所以提出理想的熱力過程:準平衡過程，可逆過程。若熱力過程中系統所經歷的每一個狀態都是是平衡狀態或無限接近于平衡狀態，由這樣一系列可以看作平衡狀態（準確地說是無限接近平衡的狀態）所組成的熱力過程稱為準平衡過程，也稱為準靜態過程。準平衡過程121pv2若熱力過程中系統所經歷的每一個狀態都是是平衡狀態或無限接近于平衡狀態，由這樣一系列可以看作平衡狀態（準確地說是無限接近平衡的狀態）所組成的熱力過程稱為準平衡過程，也稱為準靜態過程。準平衡過程1pv212準平衡過程可以把系統想象成一個非常“慢性子”的人在爬山。這個人每邁出一步，都要等自己的呼吸、心跳等身體狀態調整到好像在平地上休息一樣（接近平衡態），然后再邁出下一步。在這個爬山的過程中，他所經歷的每一個位置（類比系統的中間狀態），身體狀態都幾乎和在平地上一樣穩定，這就是準平衡過程的一種通俗理解。再比如，往一個杯子里非常緩慢地倒水。如果倒水的速度足夠慢，杯子里的水面每次上升一點后，水在杯子里都有足夠的時間讓壓強、溫度等狀態參數在局部達到平衡，就好像杯子里的水一直處于平靜的狀態，沒有因為倒水而產生劇烈的波動或者不均勻的情況。這個緩慢倒水的過程就類似于準平衡過程。過程特點狀態變化的連續性：在準平衡過程中，系統的狀態是連續變化的。就像前面提到的緩慢倒水的例子，水的高度、壓強等狀態參數是一點一點連續變化的，不會出現突然的跳躍。這是因為系統在每一個中間狀態都接近平衡，沒有突然的失衡導致狀態突變。可以用狀態參數來描述：由于系統在過程中的每一個狀態都接近平衡態，所以可以用我們熟悉的狀態參數（如壓強、溫度、體積等）來準確地描述這個過程。這就好比在緩慢爬山的人，我們可以在他爬山的每一個階段（接近平衡態）用他的海拔高度、心跳頻率等參數來描述他的狀態。準平衡過程草長高羊長大功練成實際的過程可以近似地當作準平衡過程，準平衡過程在坐標圖上可表示為連續曲線。準平衡過程思考如何判斷一個過程是否是準平衡過程？破壞平衡的速度遠小于恢復平衡的速度。熱力系內部要保持力的平衡和熱的平衡。可逆過程系統經歷一個過程后，如令過程逆行而能使系統與外界同時恢復到初始狀態而不留下任何痕跡，則此過程稱為可逆過程。氣缸活塞飛輪熱源21pv摩擦損失的影響若無摩擦、傳熱系統對外作功W，外界得到的功W’=W若外界將得到的功W’再返還給系統則外界、活塞、系統同時恢復原態。氣缸活塞飛輪熱源21pv摩擦損失的影響若有摩擦、傳熱存在，就存在損失系統對外作功W，外界得到的功W’<W若外界將得到的功W’再返還給系統，系統得到的功W"<W'氣缸活塞飛輪熱源21pv可逆過程的實現壓力差溫度差化學勢差相勢差思考如何判斷一個過程是否可逆過程？（1）在過程進行時，熱力系和外界恒處于平衡狀態，即隨時保持力的平衡、熱的平衡和化學平衡與電磁平衡；（2）在過程變化期間，無任何能量的不可逆耗散存在。可逆過程和準平衡過程的關系？可逆過程必然是準平衡過程，而準平衡過程不一定是可逆過程。典型的不可逆過程不等溫傳熱自由（無阻）膨脹典型的不可逆過程節流過程混合過程課堂練習【單選題】不考慮化學反應與電磁效應的熱力系統,過程的不可逆因素就是（

）。A

耗散效應B

有限溫差下的熱傳遞C

自由膨脹D

以上都是D功與熱量對于簡單可壓縮系統，熱力系與外界進行能量交換有兩種方式:作功——與物體的宏觀位移有關(傳遞機械能的多少用功來度量)傳熱——不需要物體的宏觀移動（傳遞熱能的多少用熱量來度量)功與熱量1）功的熱力學定義dx當熱力系通過邊界與外界發生能量傳遞時，對外界的唯一效果可歸結為舉起重物，則熱力系對外界做了功只要存在不平衡勢差的推動作用，系統和外界就會發生能量的交換-作功或傳熱。功的物理學定義:功是力和力方向上位移的乘積。功的熱力學定義:由于系統體積變化（膨脹或壓縮）與外界間發生作用而傳遞的功稱為體積變化功。(分膨脹功和壓縮功)dx功與熱量2）功的單位1.國際單位：焦耳(J)1J=1N·m比功與功率比功:1kg物質（氣體）所作的功w=W/m，單位:J/kg功率:1s時間內完成的功，單位:W(瓦)1W=1J/s

2.電力工程中常用kWh作為功的單位;1kWh=3600kJ一度電功與熱量3）體積功在p－v圖上的表示（可逆過程）

可逆過程的體積變化功w的大小可以在p-v圖上用過程曲線下面的面積表示。1-12功及示功圖演示dv是判斷熱力系統對外界做功的標志。功與熱量3）體積功在p－v圖上的表示（可逆過程）12pv①在p－v圖上，過程曲線和橫坐標包圍的面積表示體積功的大小；②dv是做功的標志：

dv>0，

w>0，體積功為“＋”，系統向外界作功，稱為膨脹功

dv<0，

w<0，體積功為“-”，外界向系統作功，稱為壓縮功例題分析【例1-3】2kg溫度為100℃的水，在壓力為0.1MPa下完全汽化為水蒸氣。若水和水蒸氣的比體積分別為0.001m3/kg和1.673m3/kg，汽化過程為可逆過程，求此2kg水因汽化膨脹對外所做的功。

12pv=0.1X106X(1.673-0.001)X10-3=167.2(kJ/kg)

解：取2kg水及水蒸氣為熱力系統，過程可逆且壓力不變課堂練習【單選題】在P-V圖上,某比容減少的理想氣體可逆過程線下的面積表示該過程中系統（

）。A

所作的膨脹功的大小B

消耗外界功的大小C

所作技術功的大小D

消耗的熱量B12pv功與熱量2熱量與T－s圖1）熱量的熱力學定義工程熱力學中把依靠溫差而通過邊界傳遞的能量稱為熱量。熱量和熱能不同，熱量不是狀態參數，它不僅與過程初、終態有關，而且與過程如何進行密切相關;熱能則是物質熱運動形態的反映，僅取決于狀態，是狀態參數。可見:熱量是過程量;熱量是傳遞的能量功與熱量2熱量與T－s圖1）熱量的符號和單位熱量:用Q表示，國際單位制中，熱量的單位是焦(耳)，用J表示。工程上常用千焦(kJ)表示，1kJ=1000J比熱量:1kg氣體與外界交換的熱量，用q表示，單位為J/kg。熱量正負:工程熱力學中規定，工質從外界吸熱，熱量為正;工質向外界放熱，熱量為負。功與熱量2熱量與T－s圖1）熱量的熱力學定義注意熱量是存在溫差條件下能量傳遞的一種形式。熱量的數值不僅取決于過程的初終態，而且還和過程經過的路徑有關。功與熱量2熱量與T－s圖1）熱量的熱力學定義當熱力系與外界之間或熱力系統內各部分之間由于溫差而交換的能量形式。只要有溫差存在，必然會伴隨有熱量的傳遞過程，它是與功不同的另一種能量傳遞方式。功與熱量2熱量與T－s圖2）熵－s熵的定義：1kg工質在溫度T下進行了一個可逆的微元傳熱過程，在此過程中工質與外界交換了

q的熱量，則

q/T為某一狀態參數的微元變化量，此狀態參數為熵，J/(kg·K)熵的意義：在可逆過程中標志熱量傳遞的方向，在不可逆過程中熵的變化往往與過程的不可逆程度有關功與熱量2熱量與T－s圖3）熱量在T－s圖上的表示（可逆過程）①在T－s圖上，過程曲線和橫坐標包圍的面積表示熱量的大小；②ds是傳熱的標志：

ds>0，

q>0，熱量為“＋”，系統從外界吸熱

ds<0，

q<0，熱量為“-”，系統向外界放熱12Ts課堂練習【單選題】熱力學一般規定,系統從外界吸熱為（）,外界對系統做功為（）。A正/負B負/負C正/正D負/正A功與熱量2熱量與T－s圖功與熱量3示功圖（p-v）與示熱圖（T-s）課堂練習【單選題】在T-s圖上,某熵增加的理想氣體可逆過程線下的面積表示該過程中系統所（

）。A

吸收的熱量B

對外作的功量C

放出的熱量D

消耗的外界功量A12Ts課堂練習例題:如圖所示工質經歷了AB、BC、CD、DA四個可逆過程，試根據T-S圖的意義求出每個過程的傳熱量及整個過程的總熱量。解：qA