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工程热力学教案第一讲

课程介绍与教学目标热力学基本概念与定义热力学第一定律理想气体性质及过程分析热力学第二定律与熵增原理工程热力学在实际工程应用举例contents目录

01课程介绍与教学目标

工程热力学课程简介工程热力学是热力学的一个分支，主要研究热能与机械能相互转换的规律及其应用。课程内容包括热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、理想气体与实际气体的性质、气体动力循环与制冷循环等。工程热力学是能源与动力工程、机械工程、航空航天工程等专业的必修课程，对于培养学生的工程素养和创新能力具有重要意义。

教学目标与要求01掌握热力学基本概念和基本原理，理解热能与机械能相互转换的规律。02能够运用热力学第一定律和第二定律分析实际工程问题，具备解决实际问题的能力。03了解理想气体与实际气体的性质及其在工程中的应用，掌握气体动力循环与制冷循环的基本原理。04培养学生的创新思维和实践能力，提高学生的工程素养和综合素质。

教材及参考书目教材《工程热力学》（第X版），XXX主编，XXX出版社出版。参考书目《热力学基础》（第X版），XXX著，XXX出版社出版；《热力学教程》（第X版），XXX著，XXX出版社出版。

02热力学基本概念与定义

热力学系统及其分类孤立系统封闭系统开放系统与外界只有能量交换而没有物质交换的系统。与外界既有能量交换又有物质交换的系统。与外界没有物质和能量交换的系统。

描述系统状态的物理量，如温度、压力、体积等。状态参数描述系统状态参数之间关系的方程，如理想气体状态方程。状态方程状态参数与状态方程

过程量描述系统状态变化过程的物理量，如热量、功等。路径无关性系统从某一状态出发，经过不同路径达到另一状态，其过程量的变化只与初、终状态有关，而与路径无关。过程量与路径无关性

03热力学第一定律

热力学能是系统内部所有微观粒子各种能量的总和，包括微观粒子的动能、势能、化学能、电离能等。功是系统与外界之间由于力学相互作用而传递的能量。功是宏观过程量，其数值及正负与所选的初始状态有关。热量是系统与外界之间由于温差而传递的能量。热量是过程量，其数值及正负与所选的初始状态有关。热力学能、功和热量

热力学第一定律的实质是能量守恒和转换定律在热力学上的一种特定应用形式。它指出，对于任一热力学系统，其内能的增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。数学表达式为：ΔU=Q+W，其中ΔU为系统内能的变化量，Q为外界向系统传递的热量，W为外界对系统所做的功。热力学第一定律表达式

闭口系统能量方程及应用对于闭口系统，在不考虑动能和势能变化的情况下，其内能的增量等于外界向它传递的热量。即ΔU=Q。闭口系统能量方程闭口系统能量方程可应用于各种闭口热力过程的计算和分析，如绝热过程、等温过程、等压过程等。通过该方程可以求解系统在各种过程中的内能变化、吸热量或放热量等。应用

04理想气体性质及过程分析

VSpV=nRT，其中p为压强，V为体积，n为物质的量，R为气体常数，T为热力学温度。理想气体性质理想气体是一种假想的气体，其分子间无相互作用力，分子本身不占体积。理想气体状态方程理想气体状态方程及性质

在等温过程中，系统的温度保持不变。等温过程定义气体在等温条件下膨胀，其内能不变，吸收热量等于对外做功。等温膨胀气体在等温条件下压缩，其内能不变，放出热量等于外界对气体做功。等温压缩理想气体等温过程分析

多变过程的热量和功的计算多变过程中，气体的内能、吸收的热量和对外做功都发生变化。多变过程的热力学第一定律ΔU=Q-W，其中ΔU为内能变化量，Q为吸收或放出的热量，W为对外做功或外界对气体做功。多变过程定义多变过程是温度和压力同时变化的过程。理想气体多变过程分析

05热力学第二定律与熵增原理

克劳修斯表述热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。要点一要点二开尔文表述不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响。热力学第二定律表述及意义

01热力学第二定律的意义02揭示了自然界中宏观过程的方向性，即不可逆性。03提供了判断热力过程进行方向的准则。04为工程热力学中许多重要概念和理论，如熵、熵增原理、热力学温标等提供了基础。热力学第二定律表述及意义

卡诺循环与卡诺定理卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程构成的循环。是一种理想化的可逆循环，其效率只取决于高温热源和低温热源的温度。在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关。在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都小于可逆热机的效率。卡诺定理

熵增原理及其在工程应用中的意义01熵增原理02在一个孤立系统中，自发进行的过程总是向着熵增加的方向进行。熵是系统无序程度的量度，熵增加意味着系统无序程度的增加。03