工程热力学 教学课件 作者 杨玉顺 04 气体的热力性质.ppt

第四章 气体热力性质 4-1 实际气体和理想气体 分子运动论要点、实际气体与理想气体 分子运动论：微粒性、热动性、有质量、有体积、分子间有作用力 实 际 气 体：微粒性、热动性、有质量、有体积、分子间有作用力 理 想 气 体：微粒性、热动性、有质量、 无体积、分子间无作用力 相 同 之 处：微粒性、热动性、有质量 根 本 区 别：实际气体 – 分子本身具有体积和分子间具有作用力 理想气体 – 分子本身没有体积和分子间没有作用力 理想气体是有大量相互之间没有作用力的质点组成的可压缩流体 二 者 关系：实际气体当比体积趋于无穷大时也就成了理想气体 工程中常用的气态工质, 有的 ( 如空气、燃气、湿空气等) 由于压力相对较低、温度相对较高, 比较接近理想气体的性质，基本遵守理想气体状态方程 ( pv = RgT) 理想气体模型基于两个假设： 气体分子是弹性的、分子本身不占据体积的质点 气体分子间相互作用力不存在 气体模型选择原则 气体状态 – 大比体积（高温、底压）视为理想气体；否则，视为实际气体。 计算精度 – 精度要求低可视为理想气体；否则，视为实际气体。 理想气体 – 空气、燃气、烟气、湿空气等 实际气体 – 工程中常用的蒸气如水蒸气及很多制冷剂的蒸气） 理想气体模型适用范围 常温常压下O2、N2、CO、CO2、H2等，这些气体都是呈气态，他们的液化温度均远低于环境温度 烟气、燃气 —— 由成分不同的气体组成的混合气体 大气、烟气、燃气中包含的水蒸气，由于份额少，压力低，比体积大，通常认为具有理想气体特性，也视为理想气体。 理想气体状态方程 根据分子运动理论和理想气体的假定 理想气体状态方程 Rg 称为气体常数，它等于玻尔兹曼常数k与每千克气体所包含的分子数 N(1kg) 的乘积 从单位量纲分析可以看出：气体常数的实质就是1kg 理想气体中全部分子在单位绝对温度下所具有的能量 气体常数的单位在我国法定计量单位中是 J/(kg·K)，在工程单位制中是 kgf·m / (kg·K) 对于同一种气体，N （1kg）是一定的，所以Rg 是一个不变的常数 对于不同的气体，由于相对分子质量不同, N（1kg）的数值是不同的，所以各种气体具有不同的气体常数 摩尔气体常数 如果对不同气体都取1mol 工程单位制中： 1、气体的比热容 比热容定义： 单位质量的物质在无摩擦内平衡的特定过程（x）中，作单位温度变化时所吸收或放出的热量 比热容不仅因不同物质和不同过程而异，而且还和物质所处的状态有关 气体的比热容: 比定容热容 (cv) 比定压热容 (cp) 对应的特定过程分别是定容过程（过程进行时保持比体积不变）和定压过程（过程进行时保持压力不变） 对无摩擦的内平衡过程，热力学第一定律的表达式可写为: 2. 理想气体的比热容、热力学能和焓 理想气体的热力学能仅仅是温度的函数： 对于理想气体： 理想气体的焓也仅仅是温度的函数 迈耶公式： 比热容比γ: 理想气体的热力学能和焓: 3. 理想气体的熵 有的气态气体（如水蒸气、各种制冷剂等） 由于压力相对高、温度相对较低, 比较接近液相, 不遵守理想体状态方程, 出现了实际气体对理想气体性质的偏离 这种偏离主要表现在状态方程的偏离和集聚态上的偏离 实验表明：任何气体只有在高温低压 (大比体积低密度) 的情况下,气体的性质近似服从理想气体的状态方程 但是, 在高压低温 (小比体积大高密度) 的情况下,任何气体对理想气体状态方程都出现了偏差, ， 图中给出了 的关系，图上理想气体始终是一条值为1的水平线，但是实际气体并不符合这样的规律 实际气体的这种偏离通常采用压缩因子或压缩系数 Z 表示，其定义为： 为了便于理解Z的物理意义，将上式改写为 Z 1，实际气体可压缩性小 Z 1，实际气体可压缩性大 压缩因子 Z 的实质反应气体的可压缩性的大小 在适当的条件下,实际气体还可以发生气液相变，这是实际气体与理想气体集聚态上的差别，而理想气体无论状态如何变化，始终是气态，不会发生相变 1609年荷兰科学家安德鲁斯 (Andrews) 在不同温度下，对二氧化碳气体定温压缩,并相应测定不用温度下的 p、v 值，得 到了p – v图上的一组定温曲线 实验表明 当t 31.1。C (tc) 时， CO2定温压缩或膨胀时,存在着汽－液间的相变 当t ＝ 31.1。C (tc) 时，气-液相变过程线段缩成一个点,表明不存在CO2 相变过程，称 tc为临界温度 当t 31.1。C 时，CO