基本概念（续）

王安良

2014-12-16

状态参数

热力学系统在某一瞬间所处的宏观物理状况称为系统的状态，描述系统状态的参数就是状态参数。从定义就可以看出，状态参数是“静止”的，或者“匀速直线”运动的，至少在“那一瞬间”热力学系统可以看成是“准静态”或者“准平衡态”。状态参数具有积分特性和微分特性，这俩特性在分析系统性能和工质热物理性质计算时非常有用。举例来说：温度、压强、比容等都是热力学状态参数；而热量和功量不是状态参数，而是过程量。

工程热力学还定义了几个跟“能”有关的有价值的状态参数：

内能：内涵越来越丰富，这里就特指热能。

焓：包含工质的内能，再加上工质压强乘以比容（或者容积）。从某种角度来说，工程热力学主要是研究工质“焓”与其它能（尤其是机械能）的转换。

自由能：可逆定温条件下，工质内能中可以“自由地”转变为功的部分。也就是内能在某种理想条件下可转换的“功”。

自由焓：可逆定温条件下，工质焓中可以“自由地”转变为功的部分。也就是焓在某种理想条件下可转换的“功”。

这么看来，准静态成为了这些状态参数的前提条件。

比热容

单位质量（或摩尔量）的物质升高一度所需要的热量，这个基本定义是过程量，是比参数，不是状态参数。但是定压比热容和定容比热容，却都是状态参数，它们的物理意义非常明确，前者跟工质的焓有关；后者跟内能有关。但是它们的适用条件容易被人们所忽略，那就是“准静态”。那么，非热平衡态的比热容是怎样的呢，有用吗？有用，属于热力学理论的研究范畴。

声速与马赫数

这俩概念在流体力学和空气动力学中有广泛的应用，声速与工质物性之间的关系则用了热力学的理论，即定熵过程。从字面上来理解，声音的传播速度就是声速，其前提是需要媒介。马赫数为工质宏观流速与当地声速的比值，即所谓的比参数。在工程热力学中，这俩参数均为状态参数。在处理稳定流动问题，尤其是喷管和扩亚器设计时，有实用价值。

相变与气化

物质宏观上有气态、液态、固态、超临界态、等离子态等。这里的相变指的是这几种宏观状态的相互转变过程。那么实际的相变过程是“极不平衡”的过程。工程热力学的工质主要处于气态、液态或者气-液两相态下，气-液相变就成了我们关注的重点。气化显然是工质从液态转变成气态，主要有两种方式：蒸发和沸腾。与气化相反的过程叫凝结。为了方便工程应用，有一个饱和状态的定义，气化与凝结达到一种动态平衡的状态。所以，饱和状态也是一种“准静态”。