Chap1：熱力學基礎 1 §1-1基本觀念與熱力性質
1.熱力名詞: 系統, 性質, 狀態, 過程, 循環, 熱力平衡
2.熱力系統（system）： 控制質量(control mass C.M)，或稱密閉系統(closed system):無質量
進出
控制容積(control volume C.V)，或稱開放系統(open system):有質量進出
open system可分為:
(1)Steady state steady flow process穩態過程（S.S.S.F）
應用於:壓縮機、泵、渦輪機、熱交換器（冷凝器、蒸汽發生器）噴
嘴、節流閥等設備的分析
(2)Uniform steady Uniform flow process暫態過程（U.S.U.F）
應用於:氣瓶的充填的分析 S.S.S.F system ── C.V(系統)需滿足下列條件： （1）C.V內之任一點性質不隨時間改變
（2）流進（出）C.S之質量流率與性質不隨時間改變 （3）進入C.S之質量流率＝離開C.S之質量流率 ?mi?me
（4）系統與外界之能量傳遞率維持恆定速率 U.S.U.F system------- C.V(系統)需滿足下列條件：
( 1 ) C.V內之質量與性質隨時間改變,但在任何時間內C.V.之狀態為均勻 ( 2 ) 流經C.S.之質量流率隨時間改變,但性質不隨時間改變
3.物質之熱力性質
內涵性質：壓力（P）、溫度（T） 外延性質：容積（V）、儲能（E）、內能（U）、焓（H）、熵（S） 比性質＝
外延性質
系統質量?? 以小寫字母表示
EVV2?v(比容) , ＝e＝u ++ gz(比儲能)
mm2UHS＝ u(比內能)，＝ h(比焓) , ＝ s(比熵) mmm
觀念：物質之性質隨其存在之狀態而變
*簡單可壓縮系統之狀態法則：
一物質（系統）之狀態可由兩個獨立性質來描述。即z＝ f（x，y） 如u=f(P,T）
P,T獨立與否跟物質相態有關 單相存在P,T獨立
兩（三）相共存 P.T相依
狀態確定,則物質的其他性質皆可求出
工作介質： 純質 熱力性質可查熱力性質表
理想氣體 熱力性質可由熱力性質表或公式求出
(A) 純質的性質 名詞介紹
1.飽和狀態:純質相變化時的狀態 2.飽和性質
Ex: 水在1atm下 Tsat = 100℃ 水在100℃下 Psat = 1atm 3.飽和液:純質相變化時的液相
4.飽和汽:純質相變化時的汽相
飽和液性質以下標f表示: vf uf hf 飽和汽性質以下標g表示: vg ug hg
飽和汽與飽和液性質的差以下標fg表示: vfg = vg – vf , ufg = ug – uf
純物質相變化的T-v相圖（液 汽）水之T-v圖
水之T-v圖
2
純物質之熱力性質 熱力性質表
（1）飽和性質表 只需知道物質之溫度（或壓力）即可查得飽和性質 ．溫度表 表B1.1 ．壓力表 表B1.2
（2）壓縮液體表 需知兩個獨立性質（通常為P,T）即可查出壓縮液體之性質 表B1.3 （3）過熱汽體表 需知兩個獨立性質（通常為P,T）即可查出過熱汽體之性質 表B1.4 *( 4 )濕氣體之性質 因在濕區P,T為相依，故無法確定其狀態需引出另一個與P或T獨立之性質，此性質稱為乾度。 乾度?汽相質量 x＝0 都是液體，所以是飽和液體。
液相?汽相之質量 x＝1 都是汽體，所以是過熱汽體。 即x?mv x＝0.5 兩相共存區的中間。
ml?mv利用性質與乾度之關係式 v＝vf +xvfg
濕氣體之性質需知（x,P）or（x,T）即可求其性質 u＝uf + xufg h＝hf + xhfg
s＝sf + xsfg
ex:水在下列情況試決定其相態並求其焓值
＜sol＞ ?過熱汽體，3456.48kj?3Mpa,500℃ ?T＝100℃,x＝0.3
?5Mpa,40℃ ?50Kpa,70℃
kg
?濕汽體，h＝hf + xhfg＝419.02 + 0.3 × 2257.03＝1096.13kj?壓縮液，h＝171.95kj ?壓縮液，h＝292.96kjkg
(B)理想氣體（ideal gas）
其性質可由氣體熱力表或公式來計算。 何謂理想氣體
真實氣體存在狀態為低壓（P＜＜Pc）,高溫（T＞＞Tc）下可視為ideal gas。 Pc：臨界壓力，Tc：臨界溫度。 物質之臨界性質如表A.2
3
kgkg?查壓縮表無資料可查 ?以相同溫度飽和液之焓值近似。
ideal gas氣體狀態方程式
Pv＝RT PV＝mRT PV=nRT P＝ρRT
其中P：壓力（kpa）, v：比容（m R：
3kg）
R：氣體常數kJ M：氣體分子量（kg） okmolekg?k
T：溫度(oK)
量化研究ideal gas之近似方法 P.543 可由壓縮性因子 Z＝
PV 當Z 1 可視為ideal gas RTR R：氣體通用常數＝8.1314kJ
kmole?okMZ可由通用之壓縮性圖查（附圖D-1）
Pr＝
ideal gas內能與焓
純質u＝f（P,T）
ideal gas u＝f（T） 焦耳定理:理想氣體之內能僅與溫度有關。 定容比熱 Cv＝(?u)v?c ?TPT（簡化壓力） Tr＝（簡化溫度） PcTcdu ? du＝CvdT ? ?是 ideal gas ?Cv＝dT?21du＝?CvdT? ?u=u2?u1??CvdT
T1T1T2T2ideal gas之h＝g（T） 定壓比熱?Cp＝(?h)p?c ?T2T2T2dh?h=h2－h1＝?CpdT ?Cp＝?dh＝cpdT??dh＝?CvdT?
1T1T1dT
求?h、?u有三種分析模式 Cp、Cv為T之函數
?找出Cp，Cv與T之間關係 例如:Cp＝C0＋C1?＋C2?2＋C3?3
T2T 其中?＝利用附表A6查出C0,C1,C2,C3代入h2?h1＝?CpdT積分求得
T11000?將Cp，Cv視為常數（通常以3000K之值為此常數值）
4
h2?h1＝?CpdT＝Cp（T2?T1）
T1T2?查理想氣體熱力表
h2?h1＝?CpdT＝?CpdT－?CpdT＝hT2?hT1
T1T0T0T2T2T1T0為參考溫度hT＝?CpdT 可查表A7，A8
T0T
Ex：加熱1㎏之氧自3000k達到15000k，氧視為ideal gas 利用三種分析模式求?h ?利用第三種模式?h＝hT2?hT1＝1540.23－273.15＝1267.08kjkg
?利用第二種模式?h＝Cp(T2?T1）＝0.922（1500－300）＝1106.4kj表A6
kg
?3 Cp＝0.88－0.0001?＋0.54?2?0.33?＝
T300?1500 取T＝＝900 ?＝0.9
21000?Cp(0.9)＝1.0767 ?h＝1.0767×(1500－600)＝1292.1 ?以第一種模式
?h＝?CpdT＝?T1T21500300(0.88?0.0001??0.54?2?0.33?3)dT
＝
?1.50.3(0.88?0.0001??0.54?2?0.33?3)?1000d?＝1241.5
ideal gas熵 定義:ds＝(?q)rev T? ds＝Cp ds＝CvT2P2dpT2V2dvdtdTdpdT?R 積分 s2?s1＝?Cp?R?Cv?R＝??V1V T1T1P1TPTPTdtdv?R Tv?Cp,Cv視為常數 s2?s1＝CplnT2P?Rln2 T1P1T2V?Rln2 T1V1V2P?Cvln2 V1P15
＝Cvln＝Cpln
Chap1热力学基础1
