理论教育 热力学基本状态参数及其特性

热力学基本状态参数及其特性

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:用来描述系统状态的宏观物理量称为状态参数。通常系统是由工质组成,因此描述系统在某瞬间所呈现的宏观物理状况的状态参数,也就是工质的状态参数。状态参数是热力系统状态的单值函数,它的值取决于给定的状态,而与如何达到这一状态的途径无关。状态参数的这一特性表现在数学上是点函数,其微元差是全微分,而全微分沿闭合路线的积分等于零。其中压力、温度及体积可直接用仪器测量,使用最多,称为基本状态参数。

热力学基本状态参数及其特性

用来描述系统状态的宏观物理量称为状态参数。通常系统是由工质组成,因此描述系统在某瞬间所呈现的宏观物理状况的状态参数,也就是工质的状态参数。状态参数是热力系统状态的单值函数,它的值取决于给定的状态,而与如何达到这一状态的途径无关。状态参数的这一特性表现在数学上是点函数,其微元差是全微分,而全微分沿闭合路线的积分等于零。研究热力过程时,常用的状态参数有压力p、温度T、体积V、热力学能U、焓H和熵S。其中压力、温度及体积可直接用仪器测量,使用最多,称为基本状态参数。其余状态参数可根据基本状态参数间接算得。压力和温度这两个参数与系统质量的多少无关,称为强度量;体积、热力学能、焓和熵等与系统质量成正比,具有可加性,称为广延量。单位质量的广延量称为比参数,例如比体积、比热力学能、比焓和比熵。比参数具有强度量的性质,不具有可加性。通常,热力系统的广延参数用大写字母表示,其比参数用小写字母表示。

1.比体积

单位质量的物质所占有的体积称为比体积,即

式中 v——比体积,m3/kg;

V——物质的体积,m3

m——物质的质量,kg。

单位体积物质的质量称为密度,即

式中 ρ——密度,kg/m3

不难看到,比体积与密度互为倒数,即

(www.daowen.com)

因此它们不是互相独立的参数,可以任意选用其中之一,工程热力学中通常选用v作为独立参数。

2.压力

单位面积上所受的垂直作用力称为压力(即压强),用p表示,国际制单位为帕(Pa),即

式中 F——作用于面积A上的垂直作用力,N;

A——作用面积,m2

工质的真实压力常称为绝对压力,用p表示;当绝对压力高于大气压力时,压力计指示的数值称为表压力(Gage Pressure),用p g表示;当绝对压力低于大气压力时,压力计指示的数值称为真空度(Vacuum Pressure),用p v表示。绝对压力p、表压力p g、真空度p v和大气压力p b的关系如图1-2所示。

图1-2 绝对压力p、表压力p g、真空度pv和大气压力pb间的关系

3.温度

温度是物体冷热程度的标志。温度是热平衡的判据。一切处于热平衡的系统其温度值均相等。温度的数值表示法称为温标。以前的摄氏温标规定标准大气压力下纯水的冰点温度和沸点为基准点,并规定冰点温度为0℃,沸点温度为100℃。而其他温度的数值由作为温度标志的物理量的线性函数来确定。摄氏温标用符号t表示,单位为摄氏度,以符号℃表示。采用不同的测温物质,或者采用同种测温物质的不同测温性质所建立的温标,除了冰点和沸点外,其他的温度值都有微小差异。国际上规定热力学温标作为测量温度的最基本温标。热力学温标用符号T表示,单位为开[尔文],以符号K表示。热力学温标选用水的汽、液、固三相平衡共存的状态点——三相点为基准点,并规定它的温度为273.16K。因此,热力学温度的每单位开尔文是水的三相点温度的1/273.16。摄氏温度与热力学温度之间的关系为

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