华北电力大学：《电力生产过程及动力设备》课程电子教案（PPT教学课件）第一章 热力学基本概念与基本定律

第一章热力学基本概念与基本定律 凵第一节绪言 第二节热力学基本概念 第三节热力学第一定律 第四节热力学第二定律

第一章 热力学基本概念与基本定律 第一节 绪言 第二节 热力学基本概念 第三节 热力学第一定律 第四节 热力学第二定律

第一节绪言 、热力学及其研究范围 按照历史发展的进程,热力学形成为一门独立的学科是在热机问世之后 的事。 最早的热机,就是1776年所发明的蒸汽机。——工业时代开始 故最先一们定义:热力学是研究热转换为功的科学。—现在已不合适 奇南( J.K. Keenan)和赫昭普拉斯(G.H. Hatsopoulas)的定义:热力 学是关于各种物理系统和状态变化以及系统与系统之间的、伴有状态变 化的相互作用的科学。 卡伦(H. B Callen)的定义:热力学是大量原子分布结果的宏观研究,这种 研究,从根本上说,是统计规律的平均值,而不是详细的微观结构的研 究,是一种系统的宏观描述 凡维伦(G.JVan. Wylen)和桑塔克(RE. Sonntag)更干脆地定义: 热力学为研究能与熵的科学

• 按照历史发展的进程，热力学形成为一门独立的学科是在热机问世之后 的事。 • 最早的热机，就是1776年所发明的蒸汽机。——工业时代开始 • 故最先一们定义：热力学是研究热转换为功的科学。——现在已不合适。 • 奇南（J.K.Keenan）和赫昭普拉斯（G.H.Hatsopoulas）的定义：热力 学是关于各种物理系统和状态变化以及系统与系统之间的、伴有状态变 化的相互作用的科学。 • 卡伦(H.B.Callen)的定义：热力学是大量原子分布结果的宏观研究，这种 研究，从根本上说，是统计规律的平均值，而不是详细的微观结构的研 究，是一种系统的宏观描述。 • 凡维伦（G.J.Van. Wylen）和桑塔克（R.E.Sonntag）更干脆地定义： 热力学为研究能与熵的科学。 第一节 绪言 一、热力学及其研究范围

伊普斯坦(PS. Epstein)的定义:热力学是研究除了力学和 电磁学诸参数之外,还有一些专用参数,如温度、压力以及 与它们有关的参数所描述的系统的科学。从本质上说,热力 学是关于系统平衡条件和状态偏离平衡状态的过程的科学。 凯斯汀( J Kestin)的定义:热力学是物理学的一个分支,它 描述温度变化起主要作用的自然过程。在此过程中,能量从 种形式转换成另一种形式。归根到底,热力学是研究控制 这种能量转换规律的科学。 我们的重点:蒸汽动力方面,故——热力学:是研 究能量、物质特性以及支配它们相互作用的规律的 应用基础学科

• 伊普斯坦(P.S.Epstein) 的定义：热力学是研究除了力学和 电磁学诸参数之外，还有一些专用参数，如温度、压力以及 与它们有关的参数所描述的系统的科学。从本质上说，热力 学是关于系统平衡条件和状态偏离平衡状态的过程的科学。 • 凯斯汀(J.Kestin) 的定义：热力学是物理学的一个分支，它 描述温度变化起主要作用的自然过程。在此过程中，能量从 一种形式转换成另一种形式。归根到底，热力学是研究控制 这种能量转换规律的科学。 • 我们的重点：蒸汽动力方面，故——热力学：是研 究能量、物质特性以及支配它们相互作用的规律的 应用基础学科

热力学的基本体系 热,两种对立的认识: 种认为热是一种“元素”——随着片面的实验结果,发展成为“热质论”: 认为热 种没有质量的物质,它可以透入一切物体,不生不灭,只 经常从较热的物体流向较冷的物体中。 在很长时间占了统治地位 种认为热是物质运动的一种表现。焦耳( James prescott joule) 进行了大量的实验,验证了热功当量,从而确立了能量守恒与转换 定律——热力学第一定律。 ·热力学第一定律确立了热和功相互转换的数量关系,但人们所关 心的如何提高热机效率的问题仍未解决。 热力学第二定律

二、热力学的基本体系 热，两种对立的认识： • 一种认为热是一种 “元素”——随着片面的实验结果，发展成为 “热质论 ”： 认为热是一种没有质量的物质，它可以透入一切物体，不生不灭，只是 经常从较热的物体流向较冷的物体中。——在很长时间占了统治地位。 • 一种认为热是物质运动的一种表现。焦耳（James Prescott Joule ） 进行了大量的实验，验证了热功当量，从而确立了能量守恒与转换 定律——热力学第一定律 。 • 热力学第一定律确立了热和功相互转换的数量关系，但人们所关 心的如何提高热机效率的问题仍未解决。------热力学第二定律

、宏观热力学和微观热力学 宏观学科:热力 固体力学、流体力学、传热学、传质学 电磁 以宏观理论为基础,要求较少的数学知识。 特点:1结构简单——仅用少量的定律和基本概念,便可演 绎出大量关系式,来解决各种复杂的工程问题和实际问题; 2变量较少—数学知识也相对简单一些;3无前提条件 不需要对物质结构有详细了解,其定律也不会因对物质本性 的新发现而加修改 微观学科:更深的数学知识,。利用微观热力学,可以预想、 推断和解释物质的宏观属性。 特点:1可解释各种物性参数之间的关系;2也不可能如实 描述——原子、分子等模型,是在一定的假定条件下确定的, 是一种科学的抽象,经过简化了的,并非实际的客观存在 实际更复杂;3较深的数学知识

三、宏观热力学和微观热力学 • 宏观学科：热力学、固体力学、流体力学、传热学、传质学、 电磁学。——以宏观理论为基础，要求较少的数学知识。 特点： 1结构简单——仅用少量的定律和基本概念，便可演 绎出大量关系式，来解决各种复杂的工程问题和实际问题； 2变量较少——数学知识也相对简单一些； 3无前提条件—— 不需要对物质结构有详细了解，其定律也不会因对物质本性 的新发现而加修改。 • 微观学科：更深的数学知识，。利用微观热力学，可以预想、 推断和解释物质的宏观属性。 特点： 1可解释各种物性参数之间的关系； 2也不可能如实 描述——原子、分子等模型，是在一定的假定条件下确定的， 是一种科学的抽象，经过简化了的，并非实际的客观存在—— 实际更复杂； 3较深的数学知识

第一章热力学基本概念与基本定律 第一节绪言 第二节热力学基本概念 第三节热力学第一定律 第四节热力学第二定律

第一章 热力学基本概念与基本定律 第一节 绪言 第二节 热力学基本概念 第三节 热力学第一定律 第四节 热力学第二定律

第二节热力学基本概念 热力学基本概念 经典热力学研究问题的基本方法:将所研究的对象与 其周围环境划分开来,集中研宄对象内部的结构特性 和物理状态的变化,以及它与周围环境的相互作用。 1.热源:在热能动力工程中,把能量不间断地供给热能而 自身温度不变的物体,统称为“热源”。 (1)高温热源:锅炉。(2)低温热源:(冷源)凝汽器

第二节 热力学基本概念 一、热力学基本概念 经典热力学研究问题的基本方法：将所研究的对象与 其周围环境划分开来，集中研究对象内部的结构特性 和物理状态的变化，以及它与周围环境的相互作用。 1．热源：在热能动力工程中，把能量不间断地供给热能而 自身温度不变的物体，统称为 “热源 ” 。 （ 1）高温热源：锅炉。（ 2）低温热源：（冷源）凝汽器

2.热机:能连续不断地将热能转换成机械功的热动力设备, 统称为“热机”。 如:汽轮机、内燃机、蒸汽机、燃汽轮机。 3.工质:实现能量转换媒介物质称为工作介质,简称“工质”。 (用来携带热能或其它形式的能量,能通过热机或其它动力 设备,实现能量形式转换或转移的中间媒介物质,统称为 “工质”。 ·往往依靠工质容积变化做功,因些要求工质有良好的流动性 和膨胀性,固很少用固体做工质。如:水、油、汽、空气 烟气、低沸点的流体(地热电站中用的丙酮、氯乙烷[沸点 12℃C]、氟里昂等)、热等离子体(磁流体发电)。 ·注:不同的工质,实现能量转换和转移的特性是不同的

2．热机：能连续不断地将热能转换成机械功的热动力设备， 统称为 “热机 ” 。 如：汽轮机、内燃机、蒸汽机、燃汽轮机。 3．工质：实现能量转换媒介物质称为工作介质，简称 “工质 ” 。 （用来携带热能或其它形式的能量，能通过热机或其它动力 设备，实现能量形式转换或转移的中间媒介物质，统称为 “工质 ”。） • 往往依靠工质容积变化做功，因些要求工质有良好的流动性 和膨胀性，固很少用固体做工质。如：水、油、汽、空气、 烟气、低沸点的流体（地热电站中用的丙酮、氯乙烷[沸点 12℃] 、氟里昂等）、热等离子体（磁流体发电） 。 • 注：不同的工质，实现能量转换和转移的特性是不同的

4.热力系统: 从周围物体中,人为 分离出来的,用作热力学分析对象的可 别的物质集团,称作一个“热力系统”。 边界 热力系统匚 外界

4．热力系统：————从周围物体中，人为 分离出来的，用作热力学分析对象的可识 别的物质集团，称作一个“热力系统”。 外界 边界 热力系统

(1)系统的边界:实际的或虚构的分界面,界面以内的 切物质称为系统的内部,界面以外的一切物质称为系 统的外界、(边界可以是真实的(可能是移动的,也可 确定的。 活塞式气缸热力系 刚性容器热力系 (2)工程热力学中,不考虑系统内部能量的交换和转化。 看重研究的是:系统与外界之间通过界面发生的能量或 质量的交换

（1）系统的边界：实际的或虚构的分界面，界面以内的 一切物质称为系统的内部，界面以外的一切物质称为系 统的外界。（边界可以是真实的（可能是移动的，也可 能是固定的），也可是假想的） 热力系和边界是同时 确定的。 （2）工程热力学中，不考虑系统内部能量的交换和转化。 看重研究的是：系统与外界之间通过界面发生的能量或 质量的交换。 活塞式气缸热力系 刚性容器热力系