主讲
舒水明
华中科技大学能源与动力工程学院
制冷及低温技术教研室
第一篇 低温技术的理论基础
? 第一章 低温技术的热力学基础
低温技术的研究对象,
? 低温的获得
? 低温的保持
? 低温的贮运
? 低温的测试
? 其它（ 控制、制造、安全、工艺、流动、过程、传热传质）
? 为了获得并保持低温条件，就得想办法使低温物体的热
量转移到环境介质中去。能否转移，如何转移或转换，所用
工质和性质如何等等，这些都得运用热力学的知识来研究，
因此低温技术是建立在热力学基础之上的。与低温技术有关
的热力学问题是比较多的。除了大家所学的外，还须补充一
些有关热力学的知识，如：变工质量热力学、溶液热力学等。
现讲第一章。
§ 1-1 引言 （或热力学与低温技术的关系）
?
四个方面，边学边体会，课修完后可再来体
会 …
? § 1-2 实际气体的性质
§ 1-2-1平衡状态与状态原理
?
一个热力系统如果没有引
起状态变化的非平衡趋势，
我们就说这系统处于平衡状
态之中。
非平衡势,
? 温差引起热流,
? 压差引起传递流,
? 密度差引起质量流
? 电热差引起电流,
? 化学位差引起化学反应。
一、平衡的类别,
? 1,稳定平衡,
? 热力系统经任何扰动（微量的或有限的）
后都能回到原来状 态，则系统是在稳定
平衡之中。
? 为了使问题概念化，可用重力场中刚性
球的力学模拟来描述。
2,亚稳平衡,
? 热力系经任何微量扰动后仍能回到原来
状态，某种有限扰动使系统离开原来状
态而处于一个新的平衡状态，则这个热
力系统处于亚稳平衡之中。
3,不稳平衡,
? 热力系统原来是平衡的，但只要存在某
种扰动（那怕是微量的）就会使系统发
生变化，则这个系统就是处在不稳平衡
之中。
4,随遇平衡,
? 随时随地变化的平衡状态。
二、状态原理,
? 确定一个系统平衡状态所需的 独立变量
的数目 等于可能存在的 可逆功方式的数
目加一 。
?,加一”是考虑到热的相互作用。
?
简单系统
? 我们通常遇到的是简单系统。
? 所谓“简单”指系统只含一种可逆功形
式。
我们通常遇到的是简单系统
? 简单可压缩系统 —— 容积改变 dw=pdv
? 简单弹性系统 —— 弹性伸长,应变 dw=-?d?
? 简单磁性系统 —— 磁化 dw=HdM
? 显然，对简单系统，由状态原理知，确定平
衡状态的独立变量数为 2。
这样我们就可写出平衡态的状态参数之间
的关系式（状态方程）
? 对简单可压缩系统,f(P,T,V)=0,…
? 对简单弹性系统,f(T,?,? )=0,…
? 对简单磁性系统,f(T,H,M)=0,…
状态方程在热力学中有 极为 重要的意义
? 热力学中的一切计算都在给定了状态方
程以后才能进行。
? 根据热力学理论不能得到状态方程的具
体形式。对于理想气体：大家很熟悉，
有状态方程
? PV=RT
但对实际气体
? f（工质种类,T,P）
? PV/RT
? 真实气体的状态方程 究竟形式如何，许多专家
学者作了不少努力，但仍 没有一个令人满意的
结果 。
? 研究状态方程一般采用的有 两种方法,
一种方法 —— 半经验
? 将状态方程表示成 级数 的形式
? 用实验来确定 系数
? （实验工作量大：工质种类,T）
另一种方法
? 从理论上 深入研究物质的微观结构，并
应用统计物理学的理论 导出状态方
程 。
? 这种方法导出的状态方程以范德瓦尔方
程最为 典型 。
? 讨论范德瓦尔方程。
