工程熱力學(xué)概念(已改無錯(cuò)字)
2022-07-24 20:23:58 本頁(yè)面
【正文】 二、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖根據(jù)狀態(tài)方程的講解，我們知道，對(duì)于簡(jiǎn)單可壓縮的平衡系統(tǒng)，由兩個(gè)參數(shù)就可以確定系統(tǒng)的狀態(tài)，比如，P,v一定，則T就可知，P,T一定，則v也可以確定，并且系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)就一定。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。這種由熱力系狀態(tài)參數(shù)所組成的坐標(biāo)圖就是狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖。在我們熱力學(xué)中，長(zhǎng)采用的狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖有壓容圖（Pv）、溫熵圖（Ts）和焓熵圖（hs）。注：只有平衡狀態(tài)才能用狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上的一點(diǎn)來表示。三、熱力過程一個(gè)處于平衡狀態(tài)的熱力系，如果沒有外界影響，必將永遠(yuǎn)保持其平衡狀態(tài)，這時(shí)熱力系具有確定的狀態(tài)參數(shù)，若熱力系受到外界影響，與外界發(fā)生了能量傳遞，如吸熱，就會(huì)使熱力系偏離平衡狀態(tài)而發(fā)生一系列變化，直至達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，變化停止。這種由于熱力系與外界相互作用而引起的熱力系由一個(gè)平衡狀態(tài)經(jīng)過連續(xù)的中間狀態(tài)變化到一個(gè)新的平衡狀態(tài)的全過程，稱為熱力過程。下面我們主要講幾個(gè)熱力過程中的特殊過程。平衡過程指的是，在變化過程中，熱力系在任何時(shí)刻都處于力的平衡和熱的平衡，任何時(shí)刻系統(tǒng)內(nèi)部都處處均勻一致。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。但平衡過程實(shí)際上是一個(gè)理想過程，現(xiàn)實(shí)當(dāng)中是不存在這樣的過程的。因?yàn)槲覀冎?，系統(tǒng)由一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)，這個(gè)過程得以實(shí)現(xiàn)的推動(dòng)力是“不平衡”，即只有系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)與外界之間存在不平衡才會(huì)進(jìn)行熱力過程。若系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，沒有不平衡的存在，則系統(tǒng)的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，會(huì)一直待在原地不動(dòng)。也就是說平衡過程是個(gè)理想過程，是認(rèn)為想象出來的，現(xiàn)實(shí)中不存在，所以我們又提出了一個(gè)“準(zhǔn)靜態(tài)過程”。我們把熱力過程中一系列無限接近平衡狀態(tài)的狀態(tài)組合成的過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程中，每一個(gè)微小過程與原平衡狀態(tài)都只偏離無限小，并且在每次微小變化后及時(shí)地建立了新的平衡。準(zhǔn)靜態(tài)過程的特點(diǎn)：在過程中，熱力系內(nèi)部不斷存在力的平衡和熱的平衡，或平衡被破壞的程度無限小。過程進(jìn)行的無限慢，有足夠的時(shí)間及時(shí)恢復(fù)平衡。我們把這個(gè)時(shí)間成為弛豫時(shí)間。即弛豫時(shí)間短。在分析問題時(shí)，我們可以忽略其對(duì)平衡狀態(tài)的偏離，中間狀態(tài)仍以平衡態(tài)確定，因此，準(zhǔn)靜態(tài)過程在坐標(biāo)圖上可以用連續(xù)的實(shí)線描述。通常情況下，熱力系的吸熱或放熱是在溫差下進(jìn)行的，做機(jī)械功是在壓差下進(jìn)行的，顯然，一切實(shí)際的熱力過程都是熱力系與外界之間的不平衡勢(shì)差（溫差、壓差）作用的結(jié)果。不平衡過程的中間狀態(tài)的狀態(tài)參數(shù)并不確定，不是平衡狀態(tài)，不能在坐標(biāo)圖上用實(shí)點(diǎn)表示，因此，不平衡的過程也無法用一連續(xù)實(shí)線來表示。但為了方便說明問題，我們可以用一虛線來表示?？赡孢^程指當(dāng)完成了某一過程后，如果能使工質(zhì)沿相同的路徑逆行而恢復(fù)到原來的狀態(tài)，并使相互作用中所涉及的外界也恢復(fù)到原來狀態(tài)，而不留下任何改變，則這一過程就叫做可逆過程，不滿足這些條件的過程為不可逆過程。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。、平衡過程、準(zhǔn)靜態(tài)過程的聯(lián)系與區(qū)別平衡過程和可逆過程兩個(gè)概念并無實(shí)質(zhì)上的區(qū)別，在熱力學(xué)范圍內(nèi)兩者是等效的。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，否則熱力系將產(chǎn)生能量耗散，致使過程不能無條件地逆向復(fù)原。所以，可逆過程必然是一個(gè)無能量耗散的準(zhǔn)平衡過程，顯然，可逆過程是一個(gè)完美的理想過程，現(xiàn)實(shí)中是不可能進(jìn)行的，但可逆過程仍然具有十分重要的實(shí)際意義，作為研究實(shí)際過程的基礎(chǔ)。 理想氣體與實(shí)際氣體我們工程熱力徐研究的主要內(nèi)容是如何把工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌虮晃覀兝玫臋C(jī)械能。熱能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化需要通過工質(zhì)的膨脹或壓縮過程實(shí)現(xiàn)，因此我們所采用的工作物質(zhì)—工質(zhì)，應(yīng)具有顯著的漲縮能力，即其體積隨溫度、壓力能有較大的變化。物質(zhì)的三態(tài)：氣、液、固中只
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