第二章理想氣體的性質(zhì)雙語

第二章理想氣體的性質(zhì)雙語第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)

1、理想氣體（idealgas）

可用簡單的式子描述如汽車發(fā)動機(jī)和航空發(fā)動機(jī)以空氣為主的燃?xì)狻⒖照{(diào)中的濕空氣等

2、實(shí)際氣體（realgas）

不能用簡單的式子描述，真實(shí)工質(zhì)如火力發(fā)電的水和水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)等第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三實(shí)際氣體的特點(diǎn)Characteristicsofrealgasesincludes:由大量分子組成(consistsoflargequantitiesofmolecular)分子做無規(guī)則運(yùn)動(moleculestakerandommovementcontinuously)分子間有作用力(interactionforceamongmolecules)分子本身有體積(thevolumeofmolecules)以上特點(diǎn)決定了實(shí)際氣體的性質(zhì)很復(fù)雜。第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.兩點(diǎn)假設(shè)(Assumptions)忽略分子的容積(Thevolumeofthegasmoleculeisnegligible.)。忽略分子之間的作用力(Theinteractionforcesbetweenmoleculesarenegligible)§3.1理想氣體的狀態(tài)方程

（EquationofStateforIdealGas）第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.分子之間沒有作用力2.分子本身不占容積

但是,當(dāng)實(shí)際氣體p很小,

V

很大,T不太低時,即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時,可視為理想氣體。

理想氣體模型Modelofideal-gas現(xiàn)實(shí)中沒有理想氣體第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T>常溫，p<7MPa的雙原子分子理想氣體O2,N2,Air,CO,H2如汽車發(fā)動機(jī)和航空發(fā)動機(jī)以空氣為主的燃?xì)獾热臃肿樱℉2O,CO2)一般不能當(dāng)作理想氣體特殊可以，如空調(diào)的濕空氣，高溫?zé)煔獾腃O2

第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.理想氣體狀態(tài)方程式Equationofstateforidealgas

(1).For11kgworkinggas,

Pv=RTP:絕對壓力(absolutepressure)，Pa。v:比容(specificvolume),m3/kg。T：熱力學(xué)溫度(KelvinTemperature),K。R：氣體常數(shù)(Gasconstant)與氣體的種類有關(guān)。(2)Formkgworkinggas,mPv=mRT

orPV=mRT第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

摩爾質(zhì)量(molarmass):themassof1molsubstance(1mol物質(zhì)的質(zhì)量)，M摩爾體積(molarvolume):thevolumeof1molsubstance(1mol物質(zhì)占有的體積)，Vm。阿伏假德羅定律(Avogadro’shypothesis):在同溫同壓下，各種氣體的摩爾體積都相等。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(3)For1molworkinggas第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三Vm=Mrv/1000，Mr：分子量。

MrPv=MrRTPVm=RmTVm常用來表示數(shù)量第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

Rm與R的區(qū)別Rm——通用氣體常數(shù)R——?dú)怏w常數(shù)MMolarmass例如UniversalGasconstant與氣體種類無關(guān)Gasconstant與氣體種類有關(guān)第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三(4)FornMoleworkinggasFornmolgas, PV=nRmT第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三理想氣體(DefinitionofIdealGas)：凡遵循克拉貝龍(Clapeyron)方程的氣體四種形式的克拉貝龍方程：注意:

Rm與R

摩爾容積Vm狀態(tài)方程(E.O.S)統(tǒng)一單位第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三計(jì)算時注意事項(xiàng)實(shí)例Attentions:

V=1m3的容器有N2，溫度為20℃

，壓力表讀數(shù)1000mmHg，pb=1atm，求N2質(zhì)量。1）2）3）4）第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三ThevolumeoftheroomisV=4m×5m×6m=120m3Themassofairinaroomisdeterminedfromtheidealgasrelationtobe第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三Example.Determinethemassofairinaroomwhosedimensionsare4m×5m×6mat100kPaand25℃SolutionThemassofairinaroomistobedetermined.AnalysisAiratspecifiedconditionscanbetreatedasanidealgas.Fromtable,thegasconstantofairisR=0.287kJ/kg.KandtheabsolutetemperatureisT=25+273.15=298.15K.第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三§3.2比熱和熱容SpecificHeatsandHeatCapacity

1.比熱容（比熱）的定義DefinitionofSpecificheat

將單位物量的物質(zhì)溫度升高1K所需加入的熱量。

Theenergyrequiredtoraisethetemperatureofaunitquantityofasubstancebyonedegree

第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

2.基于不同物量單位的三種比熱(ThreekindsofSpecificheatsbasedondifferentquantityunits)質(zhì)量比熱容(Specificheatbasedonmass)

1kg物體溫度1K升高1K所吸收的熱量，

記作c，單位為J/kg?K

Itisdenotedas

canditsunitisJ/kg?K)

第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三(2)

摩爾比熱容(Specificheatbasedonmole)：

MckJ/kmol?K

1mol物體溫度1K升高1K所吸收的熱量，記作Mc單位為kJ/kmol?K)。(3)體積比熱容(SpecificheatbasedonVolumeatstandardcondition)

c’kJ/Nm3?K

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3(1Nm3)物體溫度升高1K所吸收的熱量，記作c’

單位為kJ/m3?K)。第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

比熱容c:質(zhì)量比熱容Mc:

摩爾比熱容C’:容積比熱容Mc=M·c=22.414C’Therelationshipamongthethreespecificheat第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三Ts(1)(2)1

K比熱容是過程量還是狀態(tài)量?c1c2用的最多的某些特定過程的比熱容定容比熱容定壓比熱容第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三3.定壓比熱和定容比熱Specificheatatconstantpressureandatconstantvolume

Foraconstantpressureprocess:

orandforaconstantvolumeprocess:or第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三邁耶公式Mayer’sformula令比熱比理想氣體的定壓和定容比熱容的關(guān)系

Therelationbetweentwospecificheat

ofIdealgases

第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三4.理想氣體比熱容的計(jì)算溫度是影響比熱容的主要因素(Temperatureisthemainfactorthathasinfluenceonthespecificheat）(1)真實(shí)比熱Actualspecificheat

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理

第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三(2)平均比熱Meanspecificheat

t

t2

t1

c(cp,cv)

附表3，4，5，6

c=f(t)

攝氏℃求O2在100-500℃平均定壓熱容第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三分子運(yùn)動論(3)定比熱容Constantspecificheat

運(yùn)動自由度當(dāng)溫度變化不大時，可認(rèn)為比熱容為常數(shù)，與溫度無關(guān)，此時γ也是常數(shù)。Whenthechangeintemperatureisnotsolarge,theinfluenceoftemperatureonspecificheatisnegligible.第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

singleatomicGases（單原子氣體）DoubleAtomicGases（雙原子氣體）MultipleatomicGases（多原子氣體）McV[kJ/kmol.K]McP[kJ/kmol.K]k1.671.41.29第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三Exercises：1.Calculatetheconstantspecificheatofairbasedonmass.2.Calculatethemeanspecificheatofoxygenbetween100℃to650℃第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三§2.3混合理想氣體的性質(zhì)

PropertiesofIdealGasMixtures

1.混合氣體的分壓力和道爾頓分壓力定律ComponentpressureandDalton’slawofadditivepressures（1）分壓力的定義（DefinitionofComponentpressure）假定混合氣體中組成氣體單獨(dú)存在，并具有與混合氣體相同的溫度及容積時的壓力。（2）道爾頓分壓力定律(Dalton’slawofadditivepressures)第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.混合氣體的分容積和阿密蓋特分容積定律ComponentVolumeandAmagat’slawadditivevolume（1）Definitionofcomponentvolume(分容積的定義)假定混合氣體中組成氣體具有與混合氣體相同的溫度及壓力時，單獨(dú)存在所占有的容積。（2）Amagat’slawadditivevolume(阿密蓋特分容積定律)第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三3.Compositionofgasmixture

(混合氣體的成分)（1）質(zhì)量成分（massfraction）(2)容積成分（volumefraction)第30頁，共34頁，2023年，2月20