(35)--绪论1化工热力学.pdf

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1、 化工热力学化工热力学化工热力学Chemical Engineering Thermodynamics化工热力学化工热力学是化学工程专业最重要的核心课程之一是化学工程专业最重要的核心课程之一1.1 1.1“热力学”学科的发展“热力学”学科的发展热力学是在研究热现象的应用中产生的热力学是在研究热现象的应用中产生的。1593年年Galiliei制出了第一支制出了第一支温度计温度计，开始开始对物体的冷热程度进行对物体的冷热程度进行定量定量测定测定，作为作为“测温学测温学”的开端的开端1620年年Bacon认为认为“热是运动热是运动”热热量量的本质研究的开端的本质研究的开端1714年年Farenhei

2、t建立建立了了华氏温标华氏温标，1742年年Celsius建立了建立了摄氏温标摄氏温标1757年年Black发现了发现了“潜热潜热”“量热量热学学”1760-1780年有了年有了“热容量热容量”、“比热比热”的概念的概念“热力学”学科的发展“热力学”学科的发展从概念上把从概念上把“温度温度”和“和“热热量量”区分开”区分开1760-1830年间的工业革命年间的工业革命，尤其是蒸汽机的发明和应尤其是蒸汽机的发明和应用用，直接促进了热机理论的研究直接促进了热机理论的研究，推动了热科学的发展推动了热科学的发展，为经典热力学体系的形成创造了条件为经典热力学体系的形成创造了条件。从观察和实践总结出来的热

3、现象规律从观察和实践总结出来的热现象规律，构成热现象的宏构成热现象的宏观理论观理论，叫做叫做热力学热力学(Thermodynamics)。热热力力学学 Thermodynamics热能热能、机械能机械能和功之间的关系和功之间的关系热力学热力学热力学第一定律热力学第一定律：能量转换与守恒定律能量转换与守恒定律热力学热力学1738年Bernoulli(荷兰)机械能守恒 Hydrodynamica1824年Carnot(法国)构想了理想热机，提出了卡诺原理1840-1850年Joule(英国)大量实验研究得出热功当量 论热功当量1842年Mayer(德国)得出比热差公式，得出热功当量的关系1847年

4、Helmholtz(德国)证实了不同形式的能量与功量之间的转换关系热力学第二定律热力学第二定律热力学热力学1850年年Clausius：热不能：热不能自动地自动地从低温物体传给高温物体从低温物体传给高温物体。1851年年Kelvin：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功而不产：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功而不产生其他影响生其他影响。熵的定义熵的定义，克劳修斯不等式克劳修斯不等式，熵增原理熵增原理热力学第三定律热力学第三定律热力学热力学1912年年Nernst：“绝对零度是不可能达到的绝对零度是不可能达到的”1927-1937年年Simon 描述了物质接近描述了物质接近绝对零度绝对零

5、度时的表现时的表现热力学第零定律热力学第零定律：热平衡定律：热平衡定律1931年年Fowler提出提出：热平衡：热平衡定律定律，为温度为温度实验和测量实验和测量提提供理论基础供理论基础这些定律是无数实验结果的总结，这些定律是无数实验结果的总结，是建立在人类是建立在人类长期生产实践和大量的科学实验的基础上的长期生产实践和大量的科学实验的基础上的热力学起源于热功及物理学科热力学起源于热功及物理学科初期：初期：只是热只是热、机械能和功之间的互换规律机械能和功之间的互换规律热力学规律具有普遍性热力学规律具有普遍性扩充到化学扩充到化学、化学工程化学工程、动力工程动力工程、生物学生物学(工程工程)、环境科

6、学环境科学(工程工程)、材料学材料学(工程工程)、医药科学等领域医药科学等领域。形成新的学科分支形成新的学科分支热力学是一门热力学是一门基础学科基础学科，具有重要的应用，具有重要的应用热机热机热力学第一、热力学第一、第二定律第二定律物理物理热力学热力学化工化工热力学热力学工程工程热力学热力学化学化学热力学热力学热力学热力学理论理论热力学理论热力学理论与化学现象与化学现象相结合相结合热能动力装置热能动力装置热能与机械能之热能与机械能之间的转换间的转换化学热力学化学热力学：是应用热力学原理来处理化学领域中的问题是应用热力学原理来处理化学领域中的问题，即处理即处理热化学热化学、相平衡和化学平衡相平衡

7、和化学平衡等等。是研究物质的热性质是研究物质的热性质，化学化学、物理过程的方向和限度等普遍规律的基础学科物理过程的方向和限度等普遍规律的基础学科。工程热力学工程热力学：热力学基本定律应用于热力学基本定律应用于热能动力装置热能动力装置，主要研主要研究究热能热能与与机械能机械能之间的转换规律以及在工程中的应用之间的转换规律以及在工程中的应用。是研究是研究热机工作原理的理论基础热机工作原理的理论基础。如内燃机如内燃机、冷冻机等冷冻机等化工热力学化工热力学：是热力学基本定律应用于化学工程而形成的一是热力学基本定律应用于化学工程而形成的一门分支学科门分支学科。热力学的分支热力学的分支经经典典热热力力学学

8、热力学的分支热力学的分支经典热力学经典热力学：从：从宏观宏观角度研究大量分子组成的系统，达到平衡时所表角度研究大量分子组成的系统，达到平衡时所表现出的现出的宏观性质宏观性质，主要研究与建立，主要研究与建立各热力学变量间的关系各热力学变量间的关系统计热力学统计热力学：建立：建立由微观性质由微观性质预测预测宏观性质宏观性质的关系式。从的关系式。从微观微观角度应角度应用用统计统计的方法，研究的方法，研究大量粒子群大量粒子群的统计性质，将宏观性质看作是相应的统计性质，将宏观性质看作是相应微观量的微观量的统计平均值统计平均值。分子热力学分子热力学：以统计热力学为出发点，利用经典热力学的关系式和分：以统计

9、热力学为出发点，利用经典热力学的关系式和分子物理的概念与理论，引入适当的假设及简化方法，利用部分实验数子物理的概念与理论，引入适当的假设及简化方法，利用部分实验数据获得模型中的参数，从而据获得模型中的参数，从而建立具有工程应用价值的半经验模型建立具有工程应用价值的半经验模型。化工热力学化工热力学是以化学热力学及工程热力学为基础是以化学热力学及工程热力学为基础，结合化结合化工实际过程逐步形成的学科工实际过程逐步形成的学科。既要解决能量的利用问题既要解决能量的利用问题，又要又要研究解决相际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题研究解决相际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。标志性：标志性：19

10、44年年B.F.Dodge写的写的“化工热力学化工热力学”出版出版国内外已出版的化工热力学教科书或专著很多国内外已出版的化工热力学教科书或专著很多化工热力学是化学工程的一个重要分支化工热力学是化学工程的一个重要分支，是化工过程研究是化工过程研究、开开发与设计的发与设计的理论基础理论基础。化工热力学化工热力学热力学虽是一门古老的学科热力学虽是一门古老的学科，但在化学和其相关工业中的应用但在化学和其相关工业中的应用还在继续扩大还在继续扩大，在许多方面都有了突破性进展在许多方面都有了突破性进展。计算机计算机的应用的应用，深化和拓宽了化工热力学的研究范畴深化和拓宽了化工热力学的研究范畴，促进了促进了化工热力学学科的发展化工热力学学科的发展，也更充分地发挥热力学理论在化学工也更充分地发挥热力学理论在化学工程中的作用程中的作用。浩瀚的文献和众多的应用忠实地记录了化工热力学的诞生和发浩瀚的文献和众多的应用忠实地记录了化工热力学的诞生和发展展。化工热力学化工热力学热力学四个定律热力学四个定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第三定律热力学第零定律热力学的分支：热力学的分支：化学热力学、工程热力学、化工热力学热力学热力学15谢谢！