4、理想气体的性质与热力课案.ppt

第四节 理想气体的性质与热力过程1 理想气体状态方程 1、理想气体与实际气体 气体是热力过程中常用的工质，如：空气、水蒸气等。 理想气体：1）分子之间的平均距离很大 2）分子之间无作用力，分子之间的碰撞以及分 子与器壁之间的碰撞皆为弹性碰撞。 适用条件：气体的压力不太高，温度不太低，分子之间 的作用力与分子本身的体积皆可忽略时。如：O2、 N2、H2、CO及大气中含有的少量水蒸汽。 实际气体：不符和上述条件的气体，如：水蒸汽，制冷剂 蒸汽等。 2、理想气体状态方程 理想气体状态方程又称为克拉贝龙方程，其基本方程式为： pv= RgT 式中： p─气体的绝对压力，Pa； v─气体的比容，m3/kg； T─气体的热力学温度，K； Rg ─气体常数，J/(kg·K)。数值大小只与气体的种类有关，与气体的状态无关。 对于mkg气体的系统，其状态方程是： mpv=pV =mRgT 用物质的量摩尔（mol）表示时，1 kmol的物质的量为Mkg。 pVm= M Rg T 令R = MRg，则 pVm= R T 式中：Vm—千摩尔体积， R─摩尔气体常数J/(mol·K)。 由阿佛加得罗定律推论得到：在相同压力和温度下，1kmol的各种理想气体占有相同的容积。因此所有气体的R都相等，且与状态无关。 在物理标准状态下，p0=760mmHg=101325Pa、t0=0℃时，Vm0=22.4Nm3,利用理想气体状态方程式： R=（p0 Vm0）/T0 =8.314 J/（mol·K） 已知通用气体常数及气体的分子量可求得气体常数： Rg= R/M 例题：一体积为4m3的容器内充有p=9.81×104Pa, t=20 ℃的空气，抽气后容器的真空度pv=700mmHg，当地大气压pb=735.6mmHg。若抽气前后温度保持不变，求：（1）抽气后容器内空气的绝对压力为多少(bar)？（2）必须抽走多少空气才能满足题目的要求(kg)？ 解：用1、2分别表示抽气前后的状态。 （1）抽气后的压力： pb = pb - pv = （ 735.6-700 ）mmHg=35.6mmHg=0.0475bar (2)设抽走的气体质量为Δm，则Δm=m1-m2 所以:Δm=m1-m2 =4.67-0.226=4.44 kg 3-2 理想气体的热容、热力学能 、焓和熵 1、热容的定义 定义：物体温度升高1K（1 ℃ ）所需要的热量，称热容量。 热容的大小取决于工质的性质、物量、过程。计算式： C = δQ/dT = δQ/dt 分类：1）按单位物量分类 比热容（质量热容）：1kg物质的热容量。符号c， c=δq/dT = δq/dt J/（kg·K）或kJ/（kg·K） 摩尔热容：1摩尔物质的热容，符号Cm。 Cm =M c 2）按过程分类 比定容热容：定容过程的热容量。cv= δqv/dT 比定压热容：定压过程的热容量。cp= δqp/dT 分析：热力学第一定律微分方程式 闭口系统： 热力学能的全微分方程： 则定容过程： 比定容热容： 开口系统 焓的全微分方程 定压过程 比定压热容 2、理想气体的比热容 （1）比定压热容与比定容热容 理想气体的内能和焓都只是温度的单值函数。所以： 比定压热容 cp= dh/dT