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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(jiǎn)單的式子描述如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)(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(shí),即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時(shí),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(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)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(duì)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(shí)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(dòng)論(3)定比熱容Constantspecificheat
運(yùn)動(dòng)自由度當(dāng)溫度變化不大時(shí),可認(rèn)為比熱容為常數(shù),與溫度無關(guān),此時(shí)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(shí)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(shí),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
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