工程熱力學(xué)概念(完整版)
【正文】 們把工質(zhì)在熱力變化過程中的某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況成為工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)，簡稱狀態(tài)。此系統(tǒng)為閉口系統(tǒng)。自然環(huán)境是一類特殊的外界，它所經(jīng)歷的過程是可逆的，而且本身的性質(zhì)不變。② 鍋爐中的蒸汽動(dòng)力循環(huán)裝置在這個(gè)裝置中，工質(zhì)是水蒸氣，水進(jìn)入鍋爐中，通過鍋爐加熱后，變成水蒸氣，水蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)做功，做功后變成液體水，水再送回鍋爐中加熱循環(huán)使用。第一章 基本概念在我們研究工程熱力學(xué)的過程中會用到許多術(shù)語，如工質(zhì)、熱力學(xué)系統(tǒng)、熱力學(xué)狀態(tài)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)參數(shù)等。也就是說由熱產(chǎn)生力，進(jìn)而對物體做功的過程，所以熱力學(xué)主要研究的是熱能和機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化。舉個(gè)例子：比如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)），它是利用燃料（汽油）在汽缸中燃燒，燃燒后得到高溫高壓的煙氣，煙氣此時(shí)溫度高，壓力高，具有熱能，那么高壓的燃?xì)鈺苿?dòng)氣缸的活塞做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞又通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)把水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成圓周運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)，這就是一個(gè)熱力學(xué)的例子。因此，要學(xué)好工程熱力學(xué)我們首先要知道這些術(shù)語指的是什么。這個(gè)裝置中就是通過工質(zhì)——水的狀態(tài)的不斷變化將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的，工質(zhì)水本身并沒有發(fā)生變化，水還是水，不管是以液體狀態(tài)存在還是以蒸汽狀態(tài)存在，發(fā)生變化的是水的物理狀態(tài)，像水的溫度、壓力等。邊界可以是真實(shí)的，也可以是假想的，可以是固定不變的，也可以是運(yùn)動(dòng)可變的。（2）開口系統(tǒng)熱力系通過邊界與外界之間既有能量交換又有物質(zhì)交換，則該熱力系稱為開口系統(tǒng)。下面我們介紹一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中比較特殊的一個(gè)狀態(tài)。我們一般只對平衡狀態(tài)進(jìn)行分析研究，不涉及時(shí)間因素。舉個(gè)例子：第一天早上吃牛肉面，心情很好，第二天早上吃的包子，和昨天心情一樣好，那么這兩天早上的心情狀態(tài)時(shí)一樣的，那么用來表示這兩天心情的狀態(tài)參數(shù)，比如心情指數(shù)等，也都是一樣的，與吃的包子還是吃的牛肉面無關(guān)，即與如何到達(dá)這一狀態(tài)的路徑無關(guān)。比參數(shù)就屬于強(qiáng)度量了，不具有加和性。國際上規(guī)定，將熱力學(xué)溫標(biāo)作為測量溫度的最基本溫標(biāo)，熱力學(xué)溫標(biāo)的溫度單位是開爾文，符號K（開）。[知識]環(huán)境中所存在的物體，能夠達(dá)到的最低溫度只能是無限接近0K，℃，℃，也就是說自然界的物體都是絕對溫度高于0K的物體。若絕對壓力特別大，則我們可以把大氣壓力視為常數(shù)。那么我們知道，用兩個(gè)參數(shù)就可以確定系統(tǒng)的狀態(tài)，所以我們將兩個(gè)參數(shù)表在平面直角坐標(biāo)系中，用來描述系統(tǒng)所處的熱力學(xué)狀態(tài)，并用來分析狀態(tài)到狀態(tài)之間的變化過程。即由無數(shù)個(gè)平衡狀態(tài)連在一起組成的變化過程，因此，可連成實(shí)線。過程進(jìn)行的無限慢，有足夠的時(shí)間及時(shí)恢復(fù)平衡。即可逆過程主要有兩個(gè)特點(diǎn)：能沿原路返回系統(tǒng)和外界都恢復(fù)初態(tài)，不留下任何變化要使過程滿足這兩個(gè)特點(diǎn)，則過程在進(jìn)行時(shí)需滿足兩個(gè)條件：過程是（準(zhǔn)）平衡過程過程中無摩擦，即無任何耗散效應(yīng)可逆過程的基本特征是：過程進(jìn)行的結(jié)果不給熱力系及外界留下任何影響。一、理想氣體的概念理想氣體是一種實(shí)際上并不存在的假想氣體，理想氣體有兩點(diǎn)假設(shè)：分子是些彈性的，不具體積的質(zhì)點(diǎn)分子間沒有相互作用力在這兩點(diǎn)假設(shè)條件下，氣體分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律極大地簡化了，分子之間的碰撞為直線運(yùn)動(dòng)，且為彈性碰撞，無動(dòng)能損失。即對于一定的系統(tǒng)，只要沒有物質(zhì)交換，不管工質(zhì)的狀態(tài)怎么變，他的Pv乘積與T的比值始終是一個(gè)常數(shù)。在我們熱力學(xué)中的工質(zhì)是氣體，那這個(gè)基本單元是分子。符號：Vm，單位：m3/mol。理想氣體遵循狀態(tài)方程，即，但對于實(shí)際氣體Pv≠RT，即。壓縮因子的大小反映實(shí)際氣體對理想氣體的偏差程度。這樣在計(jì)算時(shí)，需要查得不同氣體各自的氣體常數(shù)，這是非常麻煩的，但經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，我們可由阿伏伽德羅定律推導(dǎo)出一個(gè)適合于各種氣體的一個(gè)常數(shù)Rm，我們稱為通用氣體常數(shù)或摩爾氣體常數(shù)。物質(zhì)的量用符號n表示，單位是mol1mol物質(zhì)所具有的質(zhì)量稱為摩爾質(zhì)量（1023個(gè)分子的質(zhì)量）。狀態(tài)方程有很多不同的表達(dá)形式，最基本的就是我們前面講的兩種，在后面我們還會詳細(xì)介紹其他形式的狀態(tài)方程。因此理想氣體是氣體壓力趨近于零，比容趨近于無窮大時(shí)的極限狀態(tài)。而準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程：共同點(diǎn)：都滿足平衡條件，過程中無推動(dòng)力（即無壓差和溫差）都可以在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上表示不同點(diǎn)：準(zhǔn)平衡過程只要求熱力系內(nèi)部維持平衡，無內(nèi)摩擦可逆過程還必須無外部摩擦，否則熱
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