工程熱力學(xué)第三章理想氣體的性質(zhì)

工程熱力學(xué)第3章理想氣體的性質(zhì)3-2理想氣體比熱容3-3理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵3-4理想氣體混合物3-1理想氣體狀態(tài)方程2第3章理想氣體的性質(zhì)3-2理想氣體比熱容3-3理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵3-4理想氣體混合物3-1理想氣體狀態(tài)方程3理想氣體的概念理想氣體是一種經(jīng)過(guò)科學(xué)抽象的假想氣體，在自然界中并不存在。理想氣體兩點(diǎn)假設(shè)：理想氣體的分子是不占體積的彈性質(zhì)點(diǎn)，分子之間不存在相互作用力。理想氣體是實(shí)際氣體在壓力趨近于零〔p→0〕，比體積趨近于無(wú)窮大〔v→∞〕時(shí)的極限狀態(tài)。在兩點(diǎn)假設(shè)條件下，氣體的狀態(tài)方程非常簡(jiǎn)單。4理想氣體和實(shí)際氣體常見(jiàn)的氣體，如H2、O2、N2、CO、空氣、火力發(fā)電廠的煙氣等，在壓力不是特別高，溫度不是特別低的情況下，都可以按理想氣體處理。對(duì)于那些離液態(tài)不遠(yuǎn)的氣態(tài)物質(zhì)，例如，蒸汽動(dòng)力裝置中作為工質(zhì)的水蒸氣、制冷裝置中所用的工質(zhì)，如氨氣〔NH3〕等，是實(shí)際氣體，不能當(dāng)作理想氣體看待。5理想氣體狀態(tài)方程Pam3/kg氣體常數(shù)：J/(kg?K)K1kgmkgnmol6

1、絕對(duì)壓力2、溫度單位K3、統(tǒng)一單位〔最好均用國(guó)際單位〕計(jì)算時(shí)本卷須知7例理想氣體狀態(tài)方程應(yīng)用有一容積V=10m3的剛性儲(chǔ)氣瓶，內(nèi)盛氧氣，開(kāi)始時(shí)儲(chǔ)氣瓶壓力表的讀數(shù)為pg1=4.5MPa，溫度為t1=35℃。使用了局部氧氣后，壓力表的讀數(shù)變?yōu)閜g2=2.6MPa，溫度變?yōu)閠2=30℃。在這個(gè)過(guò)程中當(dāng)?shù)卮髿鈮罕３謕b=0.1MPa不變。求使用了多少千克氧氣？8解:使用氧氣的質(zhì)量為注意：計(jì)算中要用到絕對(duì)壓力和熱力學(xué)絕對(duì)溫度

9第3章理想氣體的性質(zhì)3-2理想氣體比熱容3-3理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵3-4理想氣體混合物3-1理想氣體狀態(tài)方程10定義：物體溫度升高1K〔或1℃〕所需要的熱量稱為該物體的熱容量，簡(jiǎn)稱熱容。物體熱容量的大小與物體的種類(lèi)及其數(shù)量有關(guān)，此外還與過(guò)程有關(guān)，因?yàn)闊崃渴沁^(guò)程量。如果物體初、終態(tài)相同而經(jīng)歷的過(guò)程不同，那么吸入或放出的熱量就不同。熱容的概念11〔1〕比熱容〔質(zhì)量熱容〕：1kg物質(zhì)的熱容，c，J/(kg·K)。

根據(jù)物質(zhì)的數(shù)量和經(jīng)歷的過(guò)程不同，可分為：比熱容的概念比熱容是單位物量的物質(zhì)升高1K或1℃所需的熱量。12比熱容的概念〔2〕摩爾熱容1mol物質(zhì)的熱容，Cm，J/(kmol·K)。

〔3〕容積熱容標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3物質(zhì)的熱容，c′，J/(m3·K)。

〔4〕三者關(guān)系13質(zhì)量定壓熱容和質(zhì)量定容熱容對(duì)于微元可逆過(guò)程定容時(shí)〔dv=0〕定壓時(shí)〔dp=0〕14理想氣體比熱容對(duì)于理想氣體，其熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)，即u=f(T)，理想氣體的焓也是溫度的單值函數(shù)h=f(T)，可得15cv和cp的說(shuō)明1、cv和cp，過(guò)程已定,可當(dāng)作狀態(tài)量。2、前面的推導(dǎo)沒(méi)有用到理想氣體性質(zhì)，所以3、h、u、s的計(jì)算要用cv和cp。適用于任何氣體。16cv和cp的關(guān)系式邁耶公式Cp,m–CV,m=R=8.3145J/(mol·K)摩爾定壓熱容Cp,m和摩爾定容熱容Cv,m的關(guān)系式

17cv和cp的關(guān)系式比熱容比：聯(lián)立式得18比熱容和溫度的關(guān)系理想氣體的u和h是溫度的單值函數(shù)，所以理想氣體的cV和cp也是溫度的單值函數(shù)。式中：a、b、d、e等是與氣體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)19比熱容和溫度的關(guān)系20如何利用比熱容計(jì)算熱量定值比熱容法真實(shí)比熱容法平均比熱容法平均比熱容直線關(guān)系式21定值比熱容法通常只有在溫度不太高、變化范圍不太大，且計(jì)算精度要求不高，或者為了分析問(wèn)題方便的情況下才能將摩爾熱容看作定值，此時(shí)：22真實(shí)比熱容法2324平均比熱容法稱為工質(zhì)在t1~t2溫度范圍內(nèi)的平均比熱容25平均比熱容法為工質(zhì)在0

℃

~t溫度范圍內(nèi)的平均比熱容。2627平均比熱容直線關(guān)系式28第3章理想氣體的性質(zhì)3-2理想氣體比熱容3-3理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵3-4理想氣體混合物3-1理想氣體狀態(tài)方程29理想氣體的熱力學(xué)能理想氣體的u是溫度的單值函數(shù)。積分得：定值比熱容：30理想氣體的焓積分得：理想氣體的h也是溫度的單值函數(shù)。定值比熱容：31理想氣體的熵根據(jù)熵的定義式及熱力學(xué)第一定律表達(dá)式變化量32理想氣體的熵此外變化量33理想氣體的熵根據(jù)及變化量34理想氣體的熵〔定值比熱容時(shí)〕35例題一絕熱剛性容器用隔板分為兩局部，使，如下圖，A局部貯有溫度為25℃，壓力為0.5MPa的氧氣，B局部為真空。抽去隔板，氧氣即充滿整個(gè)容器，最后到達(dá)平衡狀態(tài)。試求系統(tǒng)熵的變化量。36解答:由于是絕熱剛性容器，所以：、，根據(jù)熱力學(xué)第一定律解析式得：又因氧氣可作為理想氣體，故當(dāng)時(shí)，即。氧氣的質(zhì)量為系統(tǒng)熵的變化為37第3章理想氣體的性質(zhì)3-2理想氣體比熱容3-3理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵3-4理想氣體混合物3-1理想氣體狀態(tài)方程38理想混合氣體的定義由相互不發(fā)生化學(xué)反響的理想氣體組成混合氣體，其中每一組元的性質(zhì)如同它們單獨(dú)存在一樣，因此整個(gè)混合氣體也具有理想氣體的性質(zhì)?；旌蠚怏w的性質(zhì)取決于各組元的性質(zhì)與份額。39混合氣體的成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)40道爾頓分壓力定律某組元i單獨(dú)占有混合氣體體積V并處于混合氣體溫度T時(shí)的壓力稱為該組元的分壓力，用pi表示。道爾頓分壓力定律：混合氣體的總壓力等于各組元分壓力之和〔僅適用于理想氣體〕41道爾頓分壓力定律即分壓力與總壓力之比等于摩爾分?jǐn)?shù)〔即氣體組分的摩爾數(shù)與總摩爾數(shù)之比〕42亞美格分體積定律混合氣體中第i種組元處于與混合氣體壓力和溫度時(shí)所單獨(dú)占據(jù)的體積稱為該組元的分體積，用Vi表示。亞美格分體積定律：理想混合氣體的總體積等于各組元的分體積之和〔僅適用于理想氣體〕43亞美格分體積定律即分體積與總體積之比等于摩爾分?jǐn)?shù)〔即氣體組分的摩爾數(shù)與總摩爾數(shù)之比〕44理想混合氣體的平均摩爾質(zhì)量45理想混合氣體的平均氣體常數(shù)46混合氣體的比熱容質(zhì)量比熱容摩爾比熱容47混合