第章氣體與蒸汽的性質(zhì)理想氣體部分課件

第三章理想氣體的性質(zhì)教學(xué)目標:

使學(xué)生能結(jié)合工程實際，熟練應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程，解決工程實際問題。知識點：理想氣體（包括理想氣體混合物）概念；理想氣體狀態(tài)方程；理想氣體比熱；混合氣體性質(zhì)，狀態(tài)參數(shù)計算。重點：理想氣體狀態(tài)方程的各種表述形式，利用狀態(tài)方程及公式進行熱力計算，理想氣體比熱的物理意義以及該參數(shù)在工程中的應(yīng)用特點。難點：理想氣體狀態(tài)方程在工程中的應(yīng)用范圍、特點，理想氣體比熱的計算公式。第三章理想氣體的性質(zhì)教學(xué)目標:使學(xué)生能結(jié)合工程實際，熟練3－1理想氣體的概念理想氣體指分子間沒有相互作用力、分子是不具有體積的彈性質(zhì)點的假想氣體實際氣體是真實氣體，在工程使用范圍內(nèi)離液態(tài)較近，分子間作用力及分子本身體積不可忽略，熱力性質(zhì)復(fù)雜，工程計算主要靠圖、表、計算機。理想氣體是實際氣體p0的極限情況。理想氣體與實際氣體3－1理想氣體的概念理想氣體指分子間沒有相互作用力、分子是定義：熱力學(xué)中，把完全符合及熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù)的氣體，稱為理想氣體；否則稱為實際氣體。理想氣體：氧氣、氫氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、空氣、燃氣、煙氣……（在通常使用的溫度、壓力下）實際氣體：氨、氟里昂、蒸汽動力裝置中的水蒸氣……定義：熱力學(xué)中，把完全符合及熱力學(xué)能僅為提出理想氣體概念的意義簡化了物理模型，不僅可以定性分析氣體某些熱現(xiàn)象，而且可定量導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)間存在的簡單函數(shù)關(guān)系在常溫、常壓下H2、O2、N2、CO2、CO、He及空氣、燃氣、煙氣等均可作為理想氣體處理，誤差不超過百分之幾。因此理想氣體的提出具有重要的實用意義。提出理想氣體概念的意義理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體的狀態(tài)方程式Rg為氣體常數(shù)（單位J/kg·K），與氣體所處的狀態(tài)無關(guān)，隨氣體的種類不同而異【來歷】理想氣體在任一平衡狀態(tài)時p、v、T之間關(guān)系的方程式即理想氣體狀態(tài)方程式，或稱克拉貝龍(Clapeyron)方程。理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體的狀態(tài)方程式Rg為氣體常數(shù)（單位J通用氣體常數(shù)（也叫摩爾氣體常數(shù)）R通用氣體常數(shù)不僅與氣體狀態(tài)無關(guān)，與氣體的種類也無關(guān)用氣體常數(shù)R表示的狀態(tài)方程式：通用氣體常數(shù)（也叫摩爾氣體常數(shù)）R通用氣體常數(shù)不僅與氣體狀氣體常數(shù)與通用氣體常數(shù)的關(guān)系：M為氣體的摩爾質(zhì)量氣體常數(shù)與通用氣體常數(shù)的關(guān)系：M為氣體的摩爾質(zhì)量不同物量下理想氣體的狀態(tài)方程式mkg理想氣體1kg理想氣體nmol理想氣體1mol理想氣體不同物量下理想氣體的狀態(tài)方程式mkg理想氣體1kg例3-1

已知氧氣瓶的容積，瓶內(nèi)氧氣溫度為20℃，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為15MPa，試求瓶內(nèi)氧氣的質(zhì)量是多少？設(shè)大氣壓力為Pa。例3-2

剛性容器中原先有壓力為p1、溫度為T1的一定質(zhì)量的某種氣體，已知其氣體常數(shù)為R。后來加入了3kg的同種氣體，壓力變?yōu)閜2、溫度仍為T1。試確定容器的體積和原先的氣體質(zhì)量m1。例3-1已知氧氣瓶的容積，瓶內(nèi)氧氣溫3－2理想氣體的比熱容1kg物質(zhì)溫度升高1K所需的熱量稱為比熱容：一、比熱容的定義

物體溫度升高1K所需的熱量稱為熱容：3－2理想氣體的比熱容1kg物質(zhì)溫度升高1K所需的熱量稱為1mol

物質(zhì)的熱容稱為摩爾熱容Cm

，單位：J/(mol?K)標準狀態(tài)下1m3

物質(zhì)的熱容稱為體積熱容C′，單位：J/(m3?K)比熱容、摩爾熱容及體積熱容三者之間的關(guān)系：

Cm=Mc=0.0224141C′1mol物質(zhì)的熱容稱為摩爾熱容Cm，單位：J/(mol定壓比熱容：可逆定壓過程的比熱容二、定壓比熱容及定容比熱容

熱量是過程量，因此比熱容也與各過程特性有關(guān)，不同的熱力過程，比熱容也不相同：定容比熱容：可逆定容過程的比熱容定壓比熱容：可逆定壓過程的比熱容二、定壓比熱容及定容比熱容焓值h=u+pv，對于理想氣體h=u+RgT，可見焓與壓力無關(guān)，理想氣體的焓也是溫度的單值函數(shù)：對于理想氣體，cp、cv

是溫度的單值函數(shù)，因此它們也是狀態(tài)參數(shù)。對于理想氣體，其分子間無作用力，不存在內(nèi)位能，熱力學(xué)能只包括取決于溫度的內(nèi)動能，與比體積無關(guān)，理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)：焓值h=u+pv，對于理想氣體h=u+RgT，可見焓與壓力無三、定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系邁耶公式：邁耶公式注意其物理意義三、定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系邁耶公式：邁耶公式注意其物理

比熱比：比熱比：四、理想氣體比熱容的計算1、真實比熱容將實驗測得的不同氣體的比熱容隨溫度的變化關(guān)系，表達為多項式形式：(比熱容與絕對溫度的關(guān)系)(比熱容與攝氏溫度的關(guān)系)四、理想氣體比熱容的計算1、真實比熱容將實驗測得的不同2、平均比熱容(1)曲線關(guān)系面積ABCDA=面積1BC01-面積1AD01ct012ABD(t1)C(t2)c=b0+b1t+b2t2+┉=q02-q012、平均比熱容(1)曲線關(guān)系面積ABCDA=面積1BC01見附表5，比熱容的起始溫度同為0°C，這時同一種氣體的只取決于終態(tài)溫度t見附表5，比熱容的起始溫度同為0°C，這時同一種氣(2)直線關(guān)系ctc=a+btt1t2(2)直線關(guān)系ctc=a+btt13、定值比熱容：工程上，當氣體溫度在室溫附近，溫度變化范圍不大或者計算精確度要求不太高時，將比熱視為定值，參見附表3。亦可以用下面公式計算：3、定值比熱容：工程上，當氣體溫度在室溫附近，溫度變化范3－4理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵一、熱力學(xué)能和焓理想氣體的熱力學(xué)能和焓是溫度的單值函數(shù)：3－4理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵一、熱力學(xué)能和焓理想氣工程上的幾種計算方法：

按定值比熱容計算:工程上的幾種計算方法：按定值比熱容計算:按真實比熱容計算:按真實比熱容計算:按平均比熱容計算:按平均比熱容計算:按氣體熱力性質(zhì)表上所列的u和h計算；熱工計算中只要求確定過程中熱力學(xué)能或焓值的變化量，因此可人為規(guī)定一基準態(tài)，在基準態(tài)上熱力學(xué)能取為0，如理想氣體通常取0K或0°C時的焓值為0，如{h0K}=0，相應(yīng)的{u0K}=0，這時任意溫度T時的h、u實質(zhì)上是從0K計起的相對值，即：參見附表7，u可由u=h-pv求得。按氣體熱力性質(zhì)表上所列的u和h計算；熱工計算中只要求確定二、狀態(tài)參數(shù)熵(Entropy)熵的定義：式中，下標“rev”表示可逆，T為工質(zhì)的絕對溫度。二、狀態(tài)參數(shù)熵(Entropy)熵的定義：式中，下標“r三、理想氣體的熵方程1.以為參數(shù)2.以為參數(shù)3.以為參數(shù)三、理想氣體的熵方程1.以為參數(shù)2.以理想氣體熵方程：微分形式：積分形式：理想氣體熵方程是從可逆過程推導(dǎo)而來，但方程中只涉及狀態(tài)量或狀態(tài)量的增量，因此不可逆過程同樣適用。理想氣體熵方程：微分形式：積分形式：理想氣體熵方程是從可逆四、理想氣體的熵變計算1.按定比熱容計算：四、理想氣體的熵變計算1.按定比熱容計算：2.通過查表計算,根據(jù)下式計算:2.通過查表計算,根據(jù)下式計算:謝謝謝謝例3-1

已知氧氣瓶的容積，瓶內(nèi)氧氣溫度為20℃，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為15MPa，試求瓶內(nèi)氧氣的質(zhì)量是多少？設(shè)大氣壓力為Pa。解：氧氣：例3-1已知氧氣瓶的容積，瓶內(nèi)氧氣溫例3-2

剛性容器中原先有壓力為p1、溫度為T1的一定質(zhì)量的某種氣體，已知其氣體常數(shù)為R。后來加入了3kg的同種氣體，壓力變?yōu)閜2、溫度仍為T1。試確定容器的體積和原先的氣體質(zhì)量m1。解：例3-2剛性容器中原先有壓力為p1、溫度為T1的一定質(zhì)量的第三章理想氣體的性質(zhì)教學(xué)目標:

使學(xué)生能結(jié)合工程實際，熟練應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程，解決工程實際問題。知識點：理想氣體（包括理想氣體混合物）概念；理想氣體狀態(tài)方程；理想氣體比熱；混合氣體性質(zhì)，狀態(tài)參數(shù)計算。重點：理想氣體狀態(tài)方程的各種表述形式，利用狀態(tài)方程及公式進行熱力計算，理想氣體比熱的物理意義以及該參數(shù)在工程中的應(yīng)用特點。難點：理想氣體狀態(tài)方程在工程中的應(yīng)用范圍、特點，理想氣體比熱的計算公式。第三章理想氣體的性質(zhì)教學(xué)目標:使學(xué)生能結(jié)合工程實際，熟練3－1理想氣體的概念理想氣體指分子間沒有相互作用力、分子是不具有體積的彈性質(zhì)點的假想氣體實際氣體是真實氣體，在工程使用范圍內(nèi)離液態(tài)較近，分子間作用力及分子本身體積不可忽略，熱力性質(zhì)復(fù)雜，工程計算主要靠圖、表、計算機。理想氣體是實際氣體p0的極限情況。理想氣體與實際氣體3－1理想氣體的概念理想氣體指分子間沒有相互作用力、分子是定義：熱力學(xué)中，把完全符合及熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù)的氣體，稱為理想氣體；否則稱為實際氣體。理想氣體：氧氣、氫氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、空氣、燃氣、煙氣……（在通常使用的溫度、壓力下）實際氣體：氨、氟里昂、蒸汽動力裝置中的水蒸氣……定義：熱力學(xué)中，把完全符合及熱力學(xué)能僅為提出理想氣體概念的意義簡化了物理模型，不僅可以定性分析氣體某些熱現(xiàn)象，而且可定量導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)間存在的簡單函數(shù)關(guān)系在常溫、常壓下H2、O2、N2、CO2、CO、He及空氣、燃氣、煙氣等均可作為理想氣體處理，誤差不超過百分之幾。因此理想氣體的提出具有重要的實用意義。提出理想氣體概念的意義理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體的狀態(tài)方程式Rg為氣體常數(shù)（單位J/kg·K），與氣體所處的狀態(tài)無關(guān)，隨氣體的種類不同而異【來歷】理想氣體在任一平衡狀態(tài)時p、v、T之間關(guān)系的方程式即理想氣體狀態(tài)方程式，或稱克拉貝龍(Clapeyron)方程。理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體的狀態(tài)方程式Rg為氣體常數(shù)（單位J通用氣體常數(shù)（也叫摩爾氣體常數(shù)）R通用氣體常數(shù)不僅與氣體狀態(tài)無關(guān)，與氣體的種類也無關(guān)用氣體常數(shù)R表示的狀態(tài)方程式：通用氣體常數(shù)（也叫摩爾氣體常數(shù)）R通用氣體常數(shù)不僅與氣體狀氣體常數(shù)與通用氣體常數(shù)的關(guān)系：M為氣體的摩爾質(zhì)量氣體常數(shù)與通用氣體常數(shù)的關(guān)系：M為氣體的摩爾質(zhì)量不同物量下理想氣體的狀態(tài)方程式mkg理想氣體1kg理想氣體nmol理想氣體1mol理想氣體不同物量下理想氣體的狀態(tài)方程式mkg理想氣體1kg例3-1

已知氧氣瓶的容積，瓶內(nèi)氧氣溫度為20℃，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為15MPa，試求瓶內(nèi)氧氣的質(zhì)量是多少？設(shè)大氣壓力為Pa。例3-2

剛性容器中原先有壓力為p1、溫度為T1的一定質(zhì)量的某種氣體，已知其氣體常數(shù)為R。后來加入了3kg的同種氣體，壓力變?yōu)閜2、溫度仍為T1。試確定容器的體積和原先的氣體質(zhì)量m1。例3-1已知氧氣瓶的容積，瓶內(nèi)氧氣溫3－2理想氣體的比熱容1kg物質(zhì)溫度升高1K所需的熱量稱為比熱容：一、比熱容的定義

物體溫度升高1K所需的熱量稱為熱容：3－2理想氣體的比熱容1kg物質(zhì)溫度升高1K所需的熱量稱為1mol

物質(zhì)的熱容稱為摩爾熱容Cm

，單位：J/(mol?K)標準狀態(tài)下1m3

物質(zhì)的熱容稱為體積熱容C′，單位：J/(m3?K)比熱容、摩爾熱容及體積熱容三者之間的關(guān)系：

Cm=Mc=0.0224141C′1mol物質(zhì)的熱容稱為摩爾熱容Cm，單位：J/(mol定壓比熱容：可逆定壓過程的比熱容二、定壓比熱容及定容比熱容

熱量是過程量，因此比熱容也與各過程特性有關(guān)，不同的熱力過程，比熱容也不相同：定容比熱容：可逆定容過程的比熱容定壓比熱容：可逆定壓過程的比熱容二、定壓比熱容及定容比熱容焓值h=u+pv，對于理想氣體h=u+RgT，可見焓與壓力無關(guān)，理想氣體的焓也是溫度的單值函數(shù)：對于理想氣體，cp、cv

是溫度的單值函數(shù)，因此它們也是狀態(tài)參數(shù)。對于理想氣體，其分子間無作用力，不存在內(nèi)位能，熱力學(xué)能只包括取決于溫度的內(nèi)動能，與比體積無關(guān)，理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)：焓值h=u+pv，對于理想氣體h=u+RgT，可見焓與壓力無三、定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系邁耶公式：邁耶公式注意其物理意義三、定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系邁耶公式：邁耶公式注意其物理

比熱比：比熱比：四、理想氣體比熱容的計算1、真實比熱容將實驗測得的不同氣體的比熱容隨溫度的變化關(guān)系，表達為多項式形式：(比熱容與絕對溫度的關(guān)系)(比熱容與攝氏溫度的關(guān)系)四、理想氣體比熱容的計算1、真實比熱容將實驗測得的不同2、平均比熱容(1)曲線關(guān)系面積ABCDA=面積1BC01-面積1AD01ct012ABD(t1)C(t2)c=b0+b1t+b2t2+┉=q02-q012、平均比熱容(1)曲線關(guān)系面積ABCDA=面積1BC01見附表5，比熱容的起始溫度同為0°C，這時同一種氣體的只取決于終態(tài)溫度t見附表5，比熱容的起始溫度同為0°C，這時同一種氣(2)直線關(guān)系ctc=a+btt1t2(2)直線關(guān)系ctc=a+btt13、定值比熱容：工程上，當氣體溫度在室溫附近，溫度變化范圍不大或者計算精確度要求不太高時，將比熱視為定值，參見附表3。亦可以用下面公式計算：3、定值比熱容：工程上，當氣體溫度在室溫附近，溫度變化范3－4理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵一、熱力學(xué)能和焓理想氣體的熱力學(xué)能和焓是溫度的單值函數(shù)：3－4理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵一、熱力學(xué)能和焓理想氣工程上的幾種計算方法：

按定值比熱容計算:工程上的幾種計算方法：按定值比熱容計算:按真實比熱容計算:按真實比熱容計算:按平均比熱容計算:按平均比熱容計算:按氣體熱力性質(zhì)表上所列的u和h計算；熱工計算中只要求確定過程中熱力學(xué)能或焓值的變化量，因此可人為規(guī)定一基準態(tài)，在基準態(tài)上熱力學(xué)能取為0，如理想氣體通常取0K或0°C時的焓值為0，如{h0K}=0，相應(yīng)的{u0K}=0，這時任意溫度T時的h、u實質(zhì)上是從0K