力和外力达到平衡),则该热力系处于力的平衡状态。
同时具备了热的平衡和力的平衡的系统就处于热力平衡状态。 平衡状态的特点:
①处于热力平衡状态的系统,只要不受外界影响,他的状态就不会随时间而改变,即平衡状态不会自发被破坏。
②处于不平衡状态的系统,由于各部分之间的传热和位移,其状态将随时间而改变,随着状态的不断变化,传热和位移也会逐渐减弱,直到完全停止,此时会达到另一个新的平衡状态,所以我们说,处于不平衡状态的系统在没有外界影响的情况下总会自发地趋于平衡状态。
我们一般只对平衡状态进行分析研究,不涉及时间因素。 3.状态参数
即用来描述状态的参数。
工质所处的状态常用一些宏观物理量来描述,这种用来描述工质所处状态的宏观物理量称为状态参数。
状态参数和热力学状态是一一对应的,热力学状态一定,则状态参数就确定了,工质的热力学状态发生变化,那么状态参数也会随之发生变化。
状态参数的属性:
①状态参数只取决于状态,而与如何到达这一状态的途径无关。
如图:经过路径①到达状态2,与经过路径②到达状态2,我们表示热力学状态2所用的状态参数的数值是一样的。都是P2,v2压力是一定的,比容也是一定的e。
这类似于我们高中时学过的重力做功,只取决于前后的高度差,而与途径无关。举个例子:第一天早上吃牛肉面,心情很好,第二天早上吃的包子,和昨天心情一样好,那么这两天早上的心情状态时一样的,那么用来表示这两
天心情的状态参数,比如心情指数等,也都是一样的,与吃的包子还是吃的牛肉面无关,即与如何到达这一状态的路径无关。
4.基本状态参数
研究热力过程时,常用到的状态参数有六个,压力P,温度T,体积V,热力学能(内能)U,焓H,熵S。
这六个状态参数可以有两种分类方法:
①根据状态参数与质量的关系分为强度量和广延量
强度量:凡是与质量无关的量称为强度量,如P,T,1kg物体和2kg物体的温度是一样的,不随质量的不同而变化。强度量不具有加和性。
广延量:凡是与质量成比例的量成为广延量,如V,U,H,S,1kg气体的体积和2kg气体的体积是不一样的,体积是随质量是成比例关系增加的。广延量具有加和性。
我们还有一种参数,叫做比参数,比参数是由广延量除以质量得到的,如V/m得到比体积,U/m得到比内能,另外还有比焓、比熵等。即单位工质的体积、内能、焓、熵。比参数就属于强度量了,不具有加和性。
通常我们将热力系的广延参数用大写字母表示,其比参数用小写字母表示。如V→v,U→u,H→h,S→s
②第二种分类方法,把六个状态参数分为基本状态参数和导出状态参数 基本状态参数:六个状态参数中,P、T、V三个量可直接用仪器测量,称为基本状态参数。
导出状态参数:其余三个,U、H、S需利用前面三个基本状态参数间接推导得出,称为导出状态参数。
下面我们先介绍三个基本状态参数P、T、V,其他三个状态参数以后再介绍。
四、基本状态参数 1.温度
温度我们都很熟悉,是描述物体冷热状况的物理量,这是我们从宏观上的说法,从微观上看,温度标志着物质内部分子热运动的剧烈程度。
两个物体接触时,通过接触面上分子的碰撞,进行动能交换,这种微观
的动能交换就是宏观的热量交换。
为了给温度确定数值,需要建立温标,也就是说要确定这么热的程度用多大数值表示,即建立温度标准。
国际上规定,将热力学温标作为测量温度的最基本温标,热力学温标的温度单位是开尔文,符号K(开)。热力学温标的标准规定:把纯水的三相点温度,即水的气、液、固三相平衡共存时的温度作为基准点,并规定为273.16K。
热力学温标所表示的温度称为绝对温度,我们用符号T表示,除热力学温标外,在日常生活中我们常用的是摄氏温标,摄氏温标的温度单位是摄氏度,符号℃。摄氏温标的标准规定:以标准大气压下水的冰点为零点,水的沸点为100,中间平均划分为100等份而得出。
摄氏温标表示的温度我们用t表示。摄氏温标和热力学温标的关系为: t=T-273.15, T=t+273.15 即0℃→273.15K,100℃→373.15K
水的冰点为0℃,水的三相点为273.16K,即0.01℃,即水的三相点比冰点高0.01℃。
从上面热力学温标和摄氏温标的关系我们可以看出,两者并没有本质上的差别,仅仅是所选取的零点不同而已。像我们测量高度一样,所选起点不一样,测量的数值也不一样。
[知识]环境中所存在的物体,能够达到的最低温度只能是无限接近0K,即-273.15℃,即任何物体的温度都不会低于-273.15℃,也就是说自然界的物体都是绝对温度高于0K的物体。
2.压力P
热力学中我们所讲的压力等同于高中物理中所学的压强,即垂直作用于单位面积上的力,用符号P表示。对气体来说,压力是大量分子向容器壁撞击的平均结果。
压力的测量原理:
压力的测量采用压力计,利用力的平衡原理测取压差值
由于压力计本身处在大气压力作用下,所以我们用压力计所测得的压力是工质真实压力与环境介质压力之差,叫做表压或真空度。都是一个相对压
力。
当气体的真实压力>大气压力时,我们称为表压,当真实压力<大气压力时,我们称为真空度。
表压:Pg;真空度:Pv;绝对压力:P;大气压力:Pb 表压时:Pg=P-pb 真空度时:Pv=Pb-P
由于大气压力Pb是由地面上空气柱的重量造成的,它会随着各地的维度、高度和气候条件而不同,因此,即使工质的绝对压力不变,由于地点不同,所测得的表压力和真空度仍然会有所不同,所以为了在同一标准下比较两工质的压力,我们要用绝对压力来表示(基准都是绝对真空)。
所以用压力表测量时,必须同时测定当地的大气压Pb,用气压计来测量。若绝对压力特别大,则我们可以把大气压力视为常数。
通常情况下,我们能测量得到的是Pg或Pv,而我们在计算及应用时,用到的是真实压力P,
∴P=Pb+Pg 或P=Pb-Pv 3.比容与密度
比容:单位质量工质所占的空间 v=V/m(m3/kg)
密度:单位体积工质的质量
?= m / V(kg / m3)
??v=1
重度:单位体积工质的重量
?= G / V(N / m3)
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