PPT《第二章 能量转换的基本概念 和基本定律》

第二章 能量转换的基本概念 和基本定律

第一节 基本概念 一 热力系和工质

1、热力系 热力学中所研究的对象称为热力学系统,简称热力系.

常见的热力系 (1)、闭口系:热力系与外界没有物质交换.(C.M) (2)、开口系:热力系与外界有物质交换. (C.V) (3)、绝热系:热力系与外界无热量交换. (4)、孤立系:热力系与外界既无能量交换又无物质交换. (5)、简单可压缩系:热力系与外界只有一种体积变化功的交换. (6)、热源:无限大的热库,吸入热量和放出热量后,温度不变. 热力系边界的特点 固定边界移动边界真实的边界界面假想的空间界面

2、工质 实现能量相互传递与转换的物质(介质)称为工质.如:水蒸汽、内燃机中工作的燃气 制冷剂 常用的气态物质等. 二 平衡状态及基本状态参数

1、平衡状态 在没有外界影响的条件下,热力系的宏观性质不随时间变 化的状态称为平衡状态(平衡态)若系统的各部分之间没有热量传递,则系统处于热平衡.若系统的各部分之间没有相对位移,则系统处于力平衡.处于平衡态的热力系,各处应具有均匀一致的温度、压力等宏观物理量.实现热力平衡态的条件(无化学反应等其它不平衡势)温度平衡(热平衡)压力平衡(力平衡). 处于平衡态的热力系可用确定的压力、温度等宏观的物 理量来描述.

2、状态参数及其特点 状态参数;

描述热力系统所外状态的宏观物理量.状态参数的特征: 只取决于状态,与过程(路径)无关. 数学特征 强度量状态参数: 与系统内所含工质数量无关的状态参数. 广延量状态参数: 与系统内所含工质数量有关的状态参数.

3、基本状态参数 (1)、比体积 单位 m3/kg 密度 (2)、压力(压强) 单位:Pa压力的国际制单位:1 MPa =

103 kPa =

106 Pa其它非国际制压力单位: 标准大气压 atm:1 atm =

101325 Pa 工程大气压 at (kgf/cm2);

:

1 at = 9.8067*104Pa 巴bar,毫巴mbar

1 bar =1000 mbar=105 Pa 毫米汞柱 mmHg:1mmHg=133.32 Pa 毫米水柱 mmH2O:1mmH2O=9.8067 Pa 压力的测量(1) 当p>pb 时,p = pb + pg p g 称为表压(压力表) 当p0;

极限情况(发生可逆变化)熵保持不变, dSiso =0;

使孤立系熵减小的过程不可能出现.简言之,孤立系统的嫡可以增大或保持不变,但不可能减少.这一结论即孤立系统熵增原理,简称熵增原理. 注意:熵增原理只适用于孤立系统.至于非孤立系,或者孤立系中某个物体,它们在过程中可以吸热也可以放热,所以它们的熵既可能增大、可能不变,也可能减小. 熵增原理的实质

一、熵增原理阐明了过程进行的方向,即dSiso>0 .

二、 熵增原理指出了热过程进行的限度,即dSiso=0 .

三、熵增原理揭示了热过程进行的条件(孤立系的热过程中 有部分物体熵减小,必有部分物体的熵增大的相伴随). 熵增原理全面地、透彻地揭示了热过程进行的方向、限度和条件,这些正是热力学第二定律的实质.由于热力学第二定律的各种说法都可以归结为熵增原理,又总能将任何系统与相关物体、相关环境一起归人一个孤立系统,所以可以认为式(5一20a),即 是热力学第二定律数学表达式的一种最基本的形式. 热力学第二定律数学表达式 六 熵产与作功能力损失 由于摩擦等耗散效应而损失的机械功称耗散功,以Wl表示.当孤立系统内部存在不可逆耗散效应时,耗散功转化为热量,称为耗散热,以Qg表示.这时δQg= δ Wl ,它由孤立系内某个(或某些)物体吸收,引起物体的熵增大,称为熵产Sg.可逆过程因无耗散热,故熵产为零.设吸热时物体温度为T,则 耗散功转化的热能,如果全部被一个温度与环境温度T0相同的物体吸收,它将不再具有作出有用功的能力,或者说作功能力丧失殆尽.作功能力损失以I表示,d I=δWI.因而,可得出孤立系统的熵增与作功能力损失(亦即后文的烟损失)的关系为 七 熵方程