第一章概念定义和基本原理 1.1引言 热力学是一门研究能量的储存、转化和转移的科学。能量的储存形式有：内能（与湿度相 关联)、动能（由于运动引起）、势能（由于位置升高引起）和化学能（由化学组成引起）。能量会 从一种形式转化到其他的形式。能量以热或功的方式穿越边界进行转移。在热力学中，我们 将导出把能量的转化和转移与物质的性质关联起来的数学方程。这些性质包括温度、压力或 焙等。于是，物质及其性质就成为热力学的第二个重要的主题。我们的很多工作将建立在实 验观察的基础上，这些实验观察到的现象被总结成数学表述或定律，其中热力学第一定律和第 二定律的应用最为广泛。 对于工程师来说，学习热力学的目标常常是为了分析或设计一个大系统一从一个空调 器到一个核电站的任何系统。这样的一个系统可以被视为是连续介质。在连续介质中，组成 分子的活动平均为可测参数，如压力，温度和速度。本学习指导将仅限于宏观或工程热力学的 范畴。如果单个分子的行为很重要的话，那就需要查阅统计热力学方面的教科书了。 1,2热力学系统和控制容积 热力学系统是通常包含在封闭表面的一定量的物质。包围热力学系统的表面通常很明 显，如图1-1中气缸里的封闭气体。不过，表 面也可能是一个假想的边界，如一定量的物质 重物 活塞 流过一个泵时的变形边界。图1-1中，系统 是压缩气体，即工作流体，系统边界用虚线表 示。 气缸 被压缩气体 系统边界 所有系统外部的物质统称为外界。热力 学涉及系统与其外界的相互作用或一个系统 与其他系统间的相互作用。系统是靠穿过系 统边界的能量转移与外界发生相互作用的， 如果没有物质穿越一个给定系统的边界，而且 图1-1 该系统与外界不发生能量交换的话，则该系统被称为孤立系。 在很多情况下，如果将注意力集中到物质流人和流出空间的一个容积的话，那么分析将会 得到简化，这样的容积叫控制容积。泵、叶轮机、一个正在充气的气球，这些都是控制容积的例 子。包围控制容积的表面叫控制表面。图1-2是一个例子。 控制容积 一一二→液体出 液体进一 一能量输入 控制表面 图1-2 在一个特定的问题里，我们必须考虑是选择系统还是选择控制容积更有用。如果是质量 流穿过区域边界，则需要采用控制容积；否则应选择一个系统。我们将首先对系统进行分析