1章基本概念2014.ppt

本章小结 基本概念 基本状态参数 准平衡过程、可逆过程 不同类型的平衡 相平衡（Phase equilibrium） 系统中各相的质量不随时间变化 when the mass of each phase reaches an equilibrium level and stays there 相变——相不平衡势 化学平衡（ Chemical equilibrium ） 系统中化学成分不随时间变化 if its chemical composition does not change with time. That is, no chemical reactions occur. 化学反应——化学不平衡势 平衡的本质 平衡的本质：不存在不平衡势 温差 — 热不平衡势　　　　　　 压差 — 力不平衡势 相变 — 相不平衡势 化学反应 — 化学不平衡势 平衡与稳定 稳定（steady）：参数不随时间变化 铜棒各点温度不再随时间变化，达到稳定，但不是平衡状态。 原因在于系统受外界影响。 若以（铜棒+热源+冷源）为系统，则系统平衡吗？ 稳定不一定平衡，平衡一定稳定。 平衡与均匀 均匀（Even）：成分和相在整个系统空间均匀分布 平衡：指时间上 均匀：指空间上 平衡未必均匀，均匀也未必平衡。 单相平衡态一定是均匀的。 简单可压缩系统（Simple compressible system ） 特征：只交换热量和一种准静态的容积变化功 容积变化功 Moving Boundary Work 膨胀功 Expansion Work 压缩功 Compression Work 状态方程（Equation of state） 状态方程：基本状态参数之间的函数关系。 对于简单可压缩系统 3个基本状态参数：压力p，比容v，温度T 任意两个基本状态参数即可描述系统状态，另一个基本参数可由其它两个独立的基本参数确定，即： 或 坐标图（diagram） 简单可压缩系统 只有两个独立变量，可用平面坐标图分析工质的状态及变化过程。 1）系统任何平衡态可表示在坐标图上 2）过程线中任意一点为平衡态 3）不平衡态无法在图上用实线表示 常用p-v图和T-s图 第四节 准平衡过程与可逆过程 为何引入准平衡过程和可逆过程概念 准平衡（静态）过程 可逆过程 为何引入准平衡过程和可逆过程概念 平衡状态 可用状态参数描述 不存在势差，不能同外界交换能量 非平衡状态 无法简单描述 存在势差，可以同外界交换能量 实际热力过程 1.在势差的作用下进行的，存在非平衡损失和耗散损失，且难以定量计算。 2.系统内部状态偏离平衡状态，偏离程度与势差大小相关 如不对实际热力过程进行简化和近似处理，则难以对实际热力过程进行定量分析和研究。 实际过程 准平衡过程 可逆过程 理想化 一般过程 p1 = p0+重物 p，T p0 T1 = T0 突然去掉重物 最终 p2 = p0 T2 = T0 p v 1 2 . . 准平衡过程（quasi-static process） p1 = p0+重物 p，T p0 T1 = T0 假如重物有无限多层 每次只去掉无限薄一层 p v 1 2 . . . 系统随时接近于平衡态 准平衡过程的实际意义 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：理论上准平衡应无限缓慢，工程上怎样处理？ 准平衡过程是实际过程进行的非常缓慢的一个极限 大大简化了对热力过程的研究 准平衡过程的工程条件 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 ? 准平衡过程 Relaxation time 准静态过程的工程应用 例：活塞式内燃机 2000转/分曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程 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平衡过程 可逆（ reversible ）过程 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，而不留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。 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 通过摩擦使功变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变形，磁阻等） 准平衡过程 + 无耗散效应 = 可逆过程 无不平衡势差 不平衡势差不可逆根源 耗散效应 耗散效应 irreversibility Dissipative effect 常见不可逆过程 不