热力学基本概念与基本定律.ppt_图文

发电厂动力部分
第一章 热力学基本概念与基本定律

热现象的利用和发展
原始人在争取自己生存条件的自然斗争中学会了取 火和用火,这是人类取得的第一个巨大成就,是人 类启蒙性地发掘利用热能的第一步,但这并不是热 力学的开始,只是热现象的利用。 ? 18世纪前瓦特发明蒸汽机前,热能的主要利用方式 是直接利用。 ? 1784年,瓦特对原始蒸汽机进行改造,增加了曲轴、 进汽阀、排汽阀。蒸汽机的发明引发了欧洲产业革 命,激发了人们对热现象的理论研究。
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1-1 热力学基本概念
一、工质、热源和热力系统 热机:蒸汽轮机、内燃机等 工质:水蒸气(火电厂)、制冷剂(空调) 封闭系 热源:高温热源、冷源 开口系 系统(热力系,热力学系统):
绝热系 孤立系

1-1 热力学基本概念
二、工质的热力学状态及其状态参数 热力学状态 平衡状态 状态参数 状态方程
基 本 状 态 参 数

温度:T(开尔文) 压力:p(帕Pa) 比容:υ(m3/kg)

基 本 概 念

1-1 热力学基本概念
三、状态的改变

过程
准静态过程 可逆过程

循环

热力学的建立—热一律
1842年,迈耶提出了能量守恒原理。 ? 十九世纪中叶,焦耳前后用了20多年时间,做过多 种多样的实验,测定了热功当量。1850年焦耳在第 一篇总结论文中,以各种精确的实验结果的一致性, 给出了能量守恒定律的实验基础,使得热力学第一 定律得到充分的证实。 ? 此外,赫姆霍兹等人也都对热力学第一定律作出了 贡献。
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焦耳:热一律的发现者之一

? 英国物理学家。1818年12月 24日生于英国的索尔福。他 父亲是酿酒厂的厂主,焦耳 从小体弱不能上学,在家跟 父亲学酿酒,并利用空闲时 间自学化学、物理。他很喜 欢电学和磁学,对实验特别 感兴趣。后来成为英国曼彻 斯特的一位业余科学家。可 以说焦耳是一位自学成才的 杰出的科学家。

1-2 热力学第一定律
一、热力学第一定律的实质与表述 1。热可以变为功,功也可以变为热; 2。对于任何一个系统,输入系统的能量减 去输出系统的能量,等于系统储存能量 的增加。 高等物理学描述:
系统从外界吸收的热量,一部分使系统的内能增 加,另一部分使系统对外界做功。

1-2 热力学第一定律
二、热力学第一定律解析式
热量 功 能量增加

一般表达:

Q ? W ? ?E q ? w ? ?e

单位质量表示:

1-2 热力学第一定律
三、热力学能、封闭系的第一定律表达式
功 热量 内能增加

一般表达:

Q ? W ? ?U

单位质量表示:

q ? w ? ?u

1-2 热力学第一定律
四、焓、开口系的第一定律表达式 1。稳定流动 2。稳定流动能量方程(即开口系第一定律的解析式) 1 2 Q ? ? H ? m ? c ? mg ?z ? Ws 一般表达: 2 单位质量表示:

1 2 q ? ?h ? ?c ? g?z ? ws 2

1-2 热力学第一定律
四、焓、开口系的第一定律表达式 焓的定义:

h ? u ? pv

焓也为状态参数,是导出状态参数 H 称为 焓 h 称为质量焓或比焓

热力学的建立—热二律
1824年,卡诺提出了卡诺循环和卡诺定理,发现了 热能转变为机械能的根本条件,即必须有温度不同 的热源和冷源,这从本质上说明了热力学第二定律。 ? 开尔文在1848年根据卡诺定理制定了“热力学温 标”,克劳修斯在1850年根据卡诺定理提出了 “熵”。 ? 在卡诺研究的基础上,1850-1851年间,克劳修斯 和开尔文先后提出了热力学第二定律。
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1-3 热力学第二定律
一、熵、自然过程的方向性
熵的定义:

熵为状态参数,也是导出状态参数,单位:kJ/(kg·K) 熵是系统紊乱程度的表征,系统越纷乱无序, 其熵值就越大。 自然过程总是向着熵增加的方向进行的。

dQ dS ? T

1-3 热力学第二定律
二、热力学第二定律、熵增原理 1。热不能自发地、不付代价地从低 温物体传向高温物体; 2。只冷却一个热源而连续做功的循 环发动机是造不成功的。 二者等价! 克劳修斯说法

开尔文说法

1-3 热力学第二定律
二、热力学第二定律、熵增原理 熵增原理

在经历任意过程之后,孤立系统的熵 只会增加或保持不变,但永远不会减少。
与热力学第二定律等价!

卡诺:热二律的奠基者

? 卡诺的父亲是拿破仑第一 执政手下的战争部长及滑 铁卢战争前百日政权的内 政部长。 ? 1812年,卡诺考入巴黎理 工学院,在那里受教于泊 松、盖-吕萨克、安培和 阿喇戈这样一批卓有成就 的老师。他主要攻读了分 析数学、分析力学、画法 几何和化学。 ? 28岁时发表《关于火的动 力》,36岁去世。

1-3 热力学第二定律
三、卡诺循环与卡诺定理
T T1 1 2

卡诺循环
由两个可逆定温过程 和两个可逆绝热过程所构 成的动力循环 热效率:

w0 ? q1 ? q2
T2 3 5 s2 s

4 6 s1

T2 ? ? 1? T1

卡诺循环是理想循环, 实际中是不可能实现的。

1 —2 定温吸热过程 2 —3 绝热膨胀过程 3 —4 定温放热过程 4 —1 绝热压缩过程

1-3 热力学第二定律
三、卡诺循环与卡诺定理 1。在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆循环, 均具有相同的热效率,且与工质的性质无关。 2。在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆循 环,其热效率必低于两个同样恒温热源间工作的可 逆循环。

热力学的完善—热三律
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1906年,能斯特根据低温下化学反应的大量实验事 实归纳出了新的规律,并于1912年将之表述为绝对 零度不能达到,即热力学第三定律。热力学第三定 律的建立,使经典热力学理论更加完善。

作 业
P14 习题 2,3


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