[工學(xué)]1熱力學(xué)第一章基本概念(編輯修改稿)
2025-04-18 00:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 件 — 系統(tǒng)同時達到熱平衡和力平衡 。 一、平衡狀態(tài) （ thermodynamic equilibrium state） 36 為什么引入平衡概念？ 如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述 但平衡狀態(tài)是 死態(tài) ，沒有能量交換 能量交換 狀態(tài)變化 破壞平衡 如何描述 37 討論： 1）系統(tǒng)平衡與均勻 2） 平衡與穩(wěn)定 — 平衡可不均勻 — 穩(wěn)定未必平衡 38 系統(tǒng)狀態(tài)相同的充分必要條件 系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件： 所有 狀態(tài)參數(shù)一一對應(yīng)相等 簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件： 兩個獨立的 狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)相等 40 狀態(tài)公理 閉口系： 而 不平衡勢差彼此獨立 ? 獨立參數(shù)數(shù)目 N=不平衡勢差數(shù) =能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目 =各種功的方式 +熱量 = n+1 n ? 容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等 不平衡勢差 狀態(tài)變化 能量傳遞 消除一種 達到某一 消除一種能量 不平衡勢差 方面平衡 傳遞方式 41 三、純物質(zhì)的狀態(tài)方程 （ pure substance state equation） 狀態(tài)方程 ? ?0, ?Tvpf1．理想氣體狀態(tài)方程 （ idealgas equation。 Clapeyron’s equation） gp v R T?23P a N / m m / k g Kp v T? ? ? ?? ? ?? ? ? ?gp V m R T? n R TpV ?Rg — 氣體常數(shù) （ gas constant） R— 通用氣體常數(shù) （ universal(molargas constant ) J/(kg K)?8 . 3 1 4 5 J / ( m o l K )R ??gR M R?摩爾質(zhì)量 44 四、 狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖（ parametric coordinates） 一簡單可壓縮系只有兩個獨立參數(shù)，所以可用平面坐標(biāo)上一點確定其狀態(tài)，反之任一狀態(tài)可在平面坐標(biāo)上找到對應(yīng)點，如： p v 1 ?p1 v1 T s ?2 T2 s2 p T ?3 p3 T3 O O O 45 附：純物質(zhì)的 pvT圖 46 水 pvT圖 47 平衡狀態(tài) 狀態(tài)不變化 能量不能轉(zhuǎn)換 非平衡狀態(tài) 無法簡單描述 熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過程 48 一、準(zhǔn)靜態(tài)過程 (quasistatic process。 quasiequilibrium process) 定義： 偏離平衡態(tài)無窮小，隨時 恢復(fù)平衡的狀態(tài)變化過程 。 進行條件 ： 破壞平衡的勢 — Tp ?? ,過程進行無限緩慢 工質(zhì)有恢復(fù)平衡的能力 準(zhǔn)靜態(tài)過程可在狀態(tài)參數(shù)圖上用 連續(xù)實線 表示 無窮小 15 工質(zhì)的狀態(tài)變化過程 49 準(zhǔn)靜態(tài)過程有實際意義嗎？ 既是平衡，又是變化 既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進行熱功轉(zhuǎn)換 疑問： 理論上 準(zhǔn)靜態(tài) 應(yīng)無限緩慢， 工程上 怎樣處理？ 50 準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件 破壞平衡所需時間 （外部作用時間） 恢復(fù)平衡所需時間 （馳豫時間） 有足夠時間恢復(fù)新平衡 ? 準(zhǔn)靜態(tài)過程 51 準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程應(yīng)用 例：活塞式內(nèi)燃機 2022轉(zhuǎn) /分 曲柄 2沖程 /轉(zhuǎn)， /沖程 活塞運動速度 =2022?2 ?壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速） 350 m/s 破壞平衡所需時間 （外部作用時間） 恢復(fù)平衡所需時間 （馳豫時間） 一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程 具體工程問題具體分析。 “ 突然 ”“ 緩慢 ” 52 準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功 p p外 f 初始： p?A = p外 ?A +f A 如果 p外 微小 ? 可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程 dl 以汽缸中 mkg工質(zhì)為系統(tǒng) mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化對外界作的功 ?W = p?A ?dl =pdV 1kg工質(zhì) ?w =pdv dl 很小 ， 近似認(rèn)為 p 不變 53 準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功 p p外 2 mkg工質(zhì)： ?W =pdV 1kg工質(zhì)： ?w =pdv 1 21W p d V? ?21w p d v? ?注意： 上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程 54 示功圖 p V . 1 2 . p p外 2 1 mkg工質(zhì)： ?W =pdV 21W p d V? ?1kg工質(zhì)： ?w =pdv 21w p d v? ?W 55 準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的說明 p V . 1 2 . 2） pV 圖上用面積表示 3） 功的大小與路徑有關(guān)， 功是過程量 4）統(tǒng)一規(guī)定： dV0，膨脹 對外作功（正） dV0，壓縮 外內(nèi)作功（負(fù)） 5）適于準(zhǔn)靜態(tài)下
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