,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章理想气体的性质,第三章理想气体的性质,1,31 理想气体的概念,理想气体指,分子间没有相互作用力、分子是不具有体积的弹性质点,的假想气体,实际气体是真实气体,在工程使用范围内离液态较近,分子间作用力及分子本身体积不可忽略,热力性质复杂,工程计算主要靠图表,理想气体是实际气体,p,0的极限情况。,理想气体与实际气体,31 理想气体的概念理想气体指分子间没有相互作用力、分子是,2,提出理想气体概念的意义,简化了物理模型,不仅可以定性分析气体某些热现象,而且可定量导出状态参数间存在的简单函数关系,在常温、常压下,H,2,、,O,2,、,N,2,、,CO,2,、,CO,、,He,及空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理,误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具有重要的实用意义。,提出理想气体概念的意义,3,32 理想气体状态方程式,理想气体的状态方程式,R,g,为气体常数(单位,J/kg,K,),与气体所处的状态无关,随气体的种类不同而异,理想气体在任一平衡状态时,p、v、T,之间关系的方程式即理想气体状态方程式,或称克拉贝龙,(,Clapeyron,),方程。,32 理想气体状态方程式理想气体的状态方程式Rg为气体常数,4,通用气体常数(也叫摩尔气体常数),R,通用气体常数不仅与气体状态无关,与气体的种类也无关,气体常数之所以随气体种类不同而不同,是因为在同温、同压下,不同气体的比容是不同的。如果单位物量不用质量而用摩尔,则由阿伏伽德罗定律可知,在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的,因此得到通用气体常数,R,表示的状态方程式:,通用气体常数(也叫摩尔气体常数)R通用气体常数不仅与气体状,5,气体常数与通用气体常数的关系:,M,为气体的摩尔质量,气体常数与通用气体常数的关系:M 为气体的摩尔质量,6,不同物量下理想气体的状态方程式,m kg,理想气体,1,kg,理想气体,n mol,理想气体,1,mol,理想气体,不同物量下理想气体的状态方程式m kg 理想气体1 kg,7,33 理想气体的比热容,1,kg,物质温度升高1,K,所需的热量称为,比热容,:,一、比热容的定义,物体温度升高1,K,所需的热量称为,热容,:,33 理想气体的比热容1kg物质温度升高1K所需的热量称为,8,1,mol,物质的热容称为摩尔热容,C,m,,单位:,J/(mol,K),标准状态下1,m,3,物质的热容称为体积热容,C,,单位:,J/(m,3,K),比热容、摩尔热容及体积热容三者之间的关系:,C,m,=Mc=0.0224141 C,1mol 物质的热容称为摩尔热容 Cm,单位:J/(mol,9,定压比热容:,可逆定压过程的比热容,二、定压比热容及定容比热容,热量是过程量,因此比热容也与各过程特性有关,不同的热力过程,比热容也不相同:,定容比热容,:可逆定容过程的比热容,定压比热容:可逆定压过程的比热容二、定压比热容及定容比热容,10,焓值,h=u+pv,,对于理想气体,h=u+R,g,T,,可见焓与压力无关,理想气体的焓也是温度的单值函数:,对于理想气体,,c,p,、,c,v,是温度的单值函数,因此它们也是状态参数。,对于理想气体,其分子间无作用力,不存在内位能,热力学能只包括取决于温度的内动能,与比体积无关,理想气体的热力学能是温度的单值函数:,焓值h=u+pv,对于理想气体h=u+RgT,可见焓与压力无,11,三、定压比热容与定容比热容的关系,迈耶公式:,迈耶公式,三、定压比热容与定容比热容的关系迈耶公式:迈耶公式,12,比热比:,比热比:,13,四、理想气体比热容的计算,真实比热容,将实验测得的不同气体的比热容随温度的变化关系,表达为多项式形式:,四、理想气体比热容的计算 真实比热容将实验测得的不同气体,14,如附表4:,各种气体的系数:,a、b、g、d、e根据一定温度范围内的实验值拟合得出的,如附表4适用范围3001000K。,如附表4:各种气体的系数:a、b、g、d、e根据一定温度范围,15,平均比热容:,见附表5,比热容的起始温度同为0,C,这时同一种气体的只取决于终态温度,t,平均比热容:见附表5,比热容的起始温度同为0C,,16,定值比热容:,工程上,当气体温度在室温附近,温度变化范围不大或者计算精确度要求不太高时,将比热视为定值,参见附表3。亦可以用下面公式计算:,气体种类,c,V,J/(kg,K),c,p,J/(kg,K),单原子,双原子,多原子,3,R,g,/2,5,R,g,/2,7,R,g,/2,5,R,g,/2,7,R,g,/2,9,R,g,/2,1.67,1.40,1.30,定值比热容:工程上,当气体温度在室温附近,温度变化范围不,17,34 理想气体的热力学能、焓、熵,一、热力学能和焓,理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数:,34 理想气体的热力学能、焓、熵一、热力学能和焓理想气,18,工程上的几种计算方法:,按定值比热容计算;,工程上的几种计算方法:按定值比热容计算;,19,按真实比热容计算;,按真实比热容计算;,20,按平均比热容计算;,按平均比热容计算;,21,按气体热力性质表上所列的,u,和,h,计算;,热工计算中只要求确定过程中热力学能或焓值的变化量,因此可人为规定一基准态,在基准态上热力学能取为0,如理想气体通常取0K或0,C时的焓值为0,如,h,0K,=0,相应的,u,0K,=0,这时任意温度T时的,h,、,u,实质上是从0,K,计起的相对值,即:,参见附表8,,u,可由,u=h-pv,求得。,按气体热力性质表上所列的u和h计算;热工计算中只要求确定,22,二、状态参数熵,熵的定义:,式中,下标“,rev,”表示可逆,,T,为工质的绝对温度。,二、状态参数熵熵的定义:式中,下标“rev”表示可逆,23,熵是状态参数:,熵是状态参数:,24,三、理想气体的熵方程,熵方程的推导:,三、理想气体的熵方程熵方程的推导:,25,同理:,同理:,26,理想气体熵方程:,微分形式:,积分形式:,理想气体熵方程是从可逆过程推导而来,但方程中只涉及状态量或状态量的增量,因此不可逆过程同样适用。,理想气体熵方程:微分形式:积分形式:理想气体熵方程是从可逆,27,四、理想气体的熵变计算,按定比热容计算:,四、理想气体的熵变计算按定比热容计算:,28,通过查表计算,S,0,是如何确定的呢?,通过查表计算S0是如何确定的呢?,29,p,0,=101325,P,a、,T,0,=0,K,时,规定这时,=0,任意状态(,T,p,)时,s,值为:,状态(,T,p,0,):,S,0,仅取决于温度,T,,可依温度排列制表(见附表8),取基准状态:,p0=101325Pa、T0=0K时,规定这时,30,第三章理想气体性质ppt课件,31,35 理想气体混合物,理想气体混合物中各组元气体均为理想气体,因而混合物的分子都不占体积,分子之间也无相互作用力。因此混合物必遵循理想气体方程,并具有理想气体的一切特性。,35 理想气体混合物理想气体混合物中各组元气体均为理想,32,一、混合气体的摩尔质量及气体常数,混合气体成分的几种表示方法:,体积分数:,V,i,为分体积,质量分数:,摩尔分数:,一、混合气体的摩尔质量及气体常数混合气体成分的几种表示方法:,33,混合气体摩尔质量,混合气体摩尔质量,34,混合气体的气体常数,混合气体的气体常数,35,二、分压力定律和分体积定律,分压力及分体积,在与混合物温度相同的情况下,每一种组成气体都独自占据体积V时,组成气体的压力称为分压力。用,p,i,表示。,各组成气体都处于与混合物温度、压力相同的情况下,各自单独占据的体积称为分体积。用,V,i,表示。,二、分压力定律和分体积定律分压力及分体积在与混合物温度相,36,分压力定律,混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和,称为道尔顿(Dalton)分压定律,分压力定律混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和,称为,37,分体积定律,理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和,称为亚美格(Amagat)分体积定律,分体积定律理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和,38,三、,w,i,、,x,i,、,i,的转算关系,三、wi、xi、i的转算关系,39,四、混合气体的比热容、热力学能、焓和熵,比热容,四、混合气体的比热容、热力学能、焓和熵比热容,40,热力学能和焓,热力学能和焓均为广延参数,同理:,热力学能和焓热力学能和焓均为广延参数同理:,41,熵,熵为广延参数,熵熵为广延参数,42,熵变,同理:,熵变同理:,43,思考题,1、下面表达式是否正确?,错。分压力与分体积不能同时出现,正确,思考题1、下面表达式是否正确?错。分压力与分体积不能同时出现,44,2,、,Ts,图中任意可逆过程的热量如何表示?理想气体在1和2状态间热力学能变化量及焓变化量如何表示?若12经历不可逆过程又将如何?,T,s,1,2,T,s,1,2,热量,T,s,1,2,u,或,h,2、Ts图中任意可逆过程的热量如何表示?理想气体在1和2状,45,1Kg空气经历过程1-2-3,其中1-2过程为不可逆的绝热过程,熵增为0.1KJ/Kg k,2-3过程为可逆定压放热过程,已知初态t,1,=100,p,1,=2bar,终态t,3,=0,p,3,=1bar.,(设空气为理想气体,p=1.004KJ/(Kg K),R=0.287KJ/(Kg K)求:,1)全过程中系统的熵变S,123,;,2)整个过程中系统与外界交换的热量。,1Kg空气经历过程1-2-3,其中1-2过程为不可逆的绝热过,46,空气在气缸中由压力,0.28Mpa,、温度,60,不可逆膨胀到压力为,0.14Mpa,膨胀过程中空气对外作功,30KJ/Kg,,并放热,14KJ/Kg,,计算每公斤空气熵的变化。(空气为理想气体,,p=1.004KJ/(KgK),R=0.287KJ/(Kg K),空气在气缸中由压力0.28Mpa、温度60,不可逆膨胀到压,47,