化工热力学教学课件01基本概念多学时2(高教版).ppt

* 当系统内各部分间不存在温差、不平衡力，以及不平衡的化学势，这时系统就达到了热力学平衡 * 系统温度和压力系统，密度却不相同。 * 好，现在同学们应该对平衡状态有了充分的了解了，那么你们看这一系统是否处于平衡状态呢？ 稳定不一定平衡，但平衡一定稳定 另外稳定与平衡之间又有一定的联系：一个稳定状态，在外界作用下保持稳定，去掉外界，则必然会自动趋向一个平衡态，而这个平衡态是确定的。 * 这就是准静态过程。 准静态过程有实际意义吗？ 既是平衡，又是变化 既可以用状态参数描述，又可进行热功转换 疑问：理论上准静态应无限缓慢，工程上怎样处理？ 准静态过程的工程条件 破坏平衡所需时间 （外部作用时间） 恢复平衡所需时间 （驰豫时间） 有足够时间恢复新平衡 ? 准静态过程 准静态过程的工程应用 例1-1：活塞式内燃机转速 2000转/分，活塞2冲程/转，行程0.15米。 活塞运动速度=2000?2 ?0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s 破坏平衡所需时间 （外部作用时间） 恢复平衡所需时间 （驰豫时间） 一般的工程过程都可认为是准静态过程 具体工程问题具体分析。“突然”“缓慢” 活塞式内燃机 §1-7可逆过程的定义 系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何变化，则此过程为可逆过程。 注意：可逆过程只是指可能性，并不 是指必须要回到初态的过程。 可逆过程的实现 准静态过程 + 无耗散效应 = 可逆过程 不平衡势差无限小 通过摩擦使功 变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等） 不平衡势差不可逆根源 耗散效应 耗散效应 可逆过程例1： 气体无摩擦、准静态压缩。 绝热壁 无摩擦 p p+dp 压强差保持无限小 可逆过程例2： 系统 T1 T1+dT T1+2dT T1+3dT T2 温差无限小 “等温”传热 准静态传热 非准静态过程 准静态过程，不可逆 准静态过程，可逆 ● 例3：作功过程 p F f pb 引入可逆过程的意义 ? 准静态过程是实际过程的理想化过程， 但并非最优过程，可逆过程是最优过程。 ? 可逆过程的功与热完全可用系统内工质 的状态参数表达，可不考虑系统与外界 的复杂关系，易分析。 ? 实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按理想情况（可逆过程）处理， 用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以修正。 ? 准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于 系统内部及系统与外界作用的总效果。 一、功(work)的定义和可逆过程的功 1．功的力学定义 2．功的热力学定义：通过边界传递的能量其全部效果可表现为举起重物。 3．可逆过程功的计算 ▲功是过程量 ▲功可以用p-v图上过程线 与v轴包围的面积表示 §1-8 过程功和热量 系统对外界作功为“+” 　 外界对系统作功为“-” 5. 功和功率的单位： 附： 4．功的符号约定： 6．讨论 有用功(useful work)概念 其中:　 W — 膨胀功 (compression/expansion work)； Wl — 摩擦耗功； Wp — 排斥大气功。 pb f 用外部参数计算不可逆过程的功 ? 二、广义功(generalized work)简介 弹性力功 表面张力功 电极化功及磁化功等 三、热量（heat） 1．定义：仅仅由于温差而 通过边界传递的能量。 2．符号约定： 系统吸热“+”； 放热“-” 3．单位： 4．计算式及状态参数图 热量是过程量 （T-s图上）表示 四、热量与功的异同： 1.均为通过边界传递的能量； 3.功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志； 热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志； 4.功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量； 热是物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用而传递的能量。 功 2.均为过程量； 热是无条件的； 热 功是有条件、限度的。 示功图与示热图 p V W T S Q 示功图 温熵(示热)图 一气缸活塞内的气体由初态p1=0.5MPa,V1=0.1m3,缓慢膨胀到V2＝0.4m3,若过程中压力与体积的关系为pV=常数，试求气体所做的膨胀功。 解：由PV=常数得 kJ 例1 某种气体在气缸中进行一缓慢膨胀过程，其体积由0.1m3增加到0.25m3，过程中气体压力循P=0.24?0.4V（P?MPa，V?m3）变化。若过程中气缸与