第三章理想氣體的熱力性質(zhì)

掌握理想氣體狀態(tài)方程的各種表達(dá)形式，并熟練應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程進行各種熱力計算掌握理想氣體比熱、平均比熱的概念和比熱的影響因素及利用各種比熱計算熱量的方法第三章理想氣體的性質(zhì)掌握理想混合氣體分壓力、分體積的概念。了解理想混合氣體的組成表示及相互之間的換算、折合分子量、比熱容的計算

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

理想氣體（idealgas）其狀態(tài)方程可用簡單的式子描述。如汽車發(fā)動機和航空發(fā)動機以空氣為主的燃?xì)?、空調(diào)中的濕空氣等。實際氣體（realgas）其狀態(tài)方程不能用簡單的式子描述，真實工質(zhì)。如：火力發(fā)電中的水和水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)第一節(jié)理想氣體的概念理想氣體定義：忽略氣體分子間相互作用力和分子本身體積影響,把氣體看做是僅具有質(zhì)量的彈性質(zhì)點。理想氣體在自然界并不存在，但工程上所應(yīng)用的多種氣體所處的狀態(tài)非常接近理想氣體，如壓縮空氣、內(nèi)燃機的燃?xì)?、氧氣、氮氣、二氧化碳等在通常使用的壓力和溫度范圍等都可視為理想氣體。一般來說，同一種氣體，當(dāng)它的溫度越高、壓力越低時就越接近理想氣體。即氣體處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)，很難液化時可視為理想氣體如蒸汽動力裝置中的水蒸氣、制冷裝置中的制冷劑蒸氣（如NH3、R22等）。實際氣體很容易液化。對于空氣中和混合氣體中的少量水蒸氣，因分壓力很低，分子濃度很低，也可當(dāng)作理想氣體處理。實際氣體定義：自然界中存在的氣體，凡是分子之間的作用力及分子本身的體積不能忽略，稱它為實際氣體。第二節(jié)理想氣體的狀態(tài)方程一、理想氣體的實驗定律一定質(zhì)量的理性氣體，絕對溫度T不變，絕對壓力p和體積V成正比。波義耳-馬略特定律：蓋·呂薩克定律：一定質(zhì)量的理想氣體，絕對壓力p不變，絕對溫度T與體積V成正比。一定質(zhì)量的氣體，體積V不變，絕對壓力p和絕對溫度T成正比。查理定律二、理想氣體的狀態(tài)方程RM：1kmol氣體的氣體常數(shù)，J/(kmol·K)RM:是與氣體種類無關(guān),與氣體的狀態(tài)也無關(guān)的普適氣體常量，稱為通用氣體常數(shù)。

RM＝8314統(tǒng)一單位注意:P：絕對壓力Pa；v：比容m3/kg；

T：熱力學(xué)溫度K；R：

1kg氣體的氣體常數(shù)J/(kg·K)隨氣體種類變化，與狀態(tài)無關(guān)VM：千摩爾容積m3/mol；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

千摩爾容積VM阿伏伽德羅假說:

相同p和T下各理想氣體的摩爾容積VM相同。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下例1：某船用空氣瓶容積為2m3，工作壓力為3MPa，室溫為20℃，求罐內(nèi)空氣的質(zhì)量。要保證柴油機啟動空氣壓力不低于1.5MPa，問用去多少空氣后需要再充氣。

解:(1)

pg1=3MPa，設(shè)pb=0.1MPa，則t=20℃，V=2m3（2）pg2=1.5MPa，設(shè)pb=0.1MPa，則設(shè)罐內(nèi)剩下的空氣質(zhì)量為m2kg用去的空氣質(zhì)量為由于空氣的容積和溫度相同，據(jù)p1V=m1RT，p2V=m2RT得第三節(jié)理想氣體的比熱容計算內(nèi)能,焓,熱量都要用到比熱容1、熱容：定義：系統(tǒng)溫度升高（降低）1K所吸收（放出）的熱量。（KJ/K）影響因素：①物質(zhì)的性質(zhì)②物質(zhì)的量③加熱過程的特征④所處的狀態(tài)定義:單位物量的物質(zhì)升高1K或1oC所需的熱量SpecificHeats二、比熱容分類：c:質(zhì)量比熱容CM:摩爾比熱容C＇:容積比熱容CM=M·c=22.414C′氣體比熱物質(zhì)的性質(zhì)加熱過程所處狀態(tài)影響比熱的因素定壓比熱CP定容比熱CV實際氣體：理想氣體：3、按定值比熱計算

1、按真實比熱計算2、按平均比熱計算三、理想氣體熱量的計算1、按真實比熱計算熱量真實比熱：對應(yīng)于某一溫度t的比熱值。2、按平均比熱計算熱量平均比熱：氣體溫度由t1升高到t2，1Kg氣體吸收的熱量q與溫差（t2-t1）的比值。曲線關(guān)系平均比熱

直線關(guān)系平均比熱

t

t2

t1

c(cp,cv)

c=f(t)

t

t2

t1

單原子雙原子多原子CM,v[J/kmol.K]CM,p

[J/kmol.K]1.671.41.29定值比熱：凡分子中原子數(shù)目相同因而其運動自由度也相同的氣體，它們的摩爾比熱值都相等，稱為定值比熱

3、按定值比熱計算熱量試計算每千克氧氣從200℃定壓加熱至380℃和從380℃定壓加熱至900℃所吸收的熱量。（1）按平均比熱容計算；（2）按定值比熱容計算。解

（1）從附表中查得氧氣如下平均比熱容的值：

例2：則可計算得

每千克氧氣從200℃定壓加熱至380℃所吸收的熱量為：每千克氧氣從380℃定壓加熱至900℃所吸收的熱量為：

（2）因為氧氣是雙原子氣體，又是定壓加熱，查表3-1得氧氣的定壓千摩爾定值比熱容為

可計算得氧氣定壓下的定值質(zhì)量比熱容

則

所以，在溫度變化范圍大，尤其是涉及較高溫度時，用定值比熱容計算所得結(jié)果誤差較大。

在求時，用到線性插值公式。線性插值公式不但在求平均比熱容時要用，而且在今后得工程用表都要用到，如水蒸氣熱力性質(zhì)表等，故必須掌握。討論：第四節(jié)混合氣體的性質(zhì)無化學(xué)反應(yīng)的理想氣體混合物例：鍋爐煙氣CO2,CO,H2O,N2燃?xì)廨啓C中的燃?xì)饪照{(diào)工程中的濕空氣水蒸氣含量低，稀薄，當(dāng)作理想氣體水蒸氣含量可變化，單獨研究pTVpTVpTVpTV分壓力pi一、分壓力維持混合氣體的溫度和容積不變時，各組成氣體所具有的壓力

道爾頓分壓定律混合氣體的總壓力p等于各組成氣體分壓力pi之和pTVpTVpTVpTV分容積Vipartialvolume二、分體積維持混合氣體的溫度和壓力不變時，各組成氣體所具有的容積。

阿密蓋特分容積定律混合氣體的總?cè)莘eV等于各組成氣體分容積Vi之和1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)三、理想混合氣體的分?jǐn)?shù)（成分：三種表示方法）已知理想混合氣體由n種理想氣體組成，其中任一種組成氣體的質(zhì)量為mi，分體積為Vi，千摩爾數(shù)為ni(i=1,2,…,n)，則理想混合氣體的分?jǐn)?shù)分別為混合氣體總質(zhì)量某組元氣體的質(zhì)量混合氣體總質(zhì)量2、體積分?jǐn)?shù)由由狀態(tài)方程有某組元氣體的容積混合氣體總?cè)莘e3、摩爾分?jǐn)?shù)混合氣體總摩爾數(shù)（混合氣體的體積分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)在數(shù)值上是相等的）組元氣體的摩爾數(shù)混合氣體總摩爾數(shù)與xi的換算已知xi設(shè)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M，摩爾數(shù)為n，則混合氣體質(zhì)量1.平均摩爾質(zhì)量為M四、平均摩爾質(zhì)量M和折合氣體常數(shù)R2、質(zhì)量成分與混合物氣體常數(shù)五、理想混合氣體的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵1、比熱容對第i種組分理想混合氣體的質(zhì)量比熱容理想混合氣體的體積比熱容2、熱力學(xué)能理想混合氣體的熱力學(xué)能為各組成氣體熱力學(xué)能之和理想混合氣體的焓比焓理想混合氣體的熵比熵O2N2例題：絕熱剛性容器中，p1,O2=0.5MPa,nO2=0.6kmol的氧氣與p1,N2