4章理想气体性质2013.ppt

工程热力学蒋爱国上海海事大学轮机工程系 第二篇 工质的性质 理想气体的性质 实际气体的性质 水蒸气与湿空气 理想气体的热力过程 第4章 理想气体的热力性质 第一节 理想气体的状态方程 第二节 理想气体的比热容 第三节 理想气体的热力学能、焓和熵 第四节 理想气体混合物 4.1 理想气体的状态方程 一、理想气体与实际气体 定义：假想气体，其分子是些弹性的，不具体积的质点；分子间没有相互作用力。 热力学中，把完全符合 及热力学能仅为温度的函数 的气体，称为理想气体；否则称为实际气体。 理想气体：氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空气、 燃气、烟气……（在通常使用的温度、压力下） 实际气体：氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气…… 摩尔（mol）是国际单位制中用来表示物质量的基本单位。物质中所包含的基本单元数与0.012千克碳-12的原子数目相等时物质的量即为1mol。 为6.0225×1023个。 实验表明：任何物质6.0225×1023个分子的质量，以克为单位时，数值上恰等于其分子量。 故分子量为M的物质，其摩尔质量为M。例：水的分子量为18，1mol水中有6.0225×1023个水分子，水的摩尔质量为18g/mol，或18kg/kmol。 若以m表示物质的质量，n表示摩尔数，则： 若以Vm表示1kmol气体的容积，叫千摩尔容积，则： Vm= Mv m3/kmol 二、摩尔、摩尔质量、摩尔容积 三、理想气体状态方程 1kg气体： 1kmol气体： m kg气体： n kmol气体： R为是一个既与状态无关，也与理想气体种类无关的常量，称为“通用气体常数”. Rg为气体常数 ,与气体种类有关。 VM为千摩尔体积，单位是 在标准状态下(Tn=273.15K、pn=0.101325MPa), 1kmol气体体积为： 例4-1 已知氧气瓶的容积 ，瓶内氧气温度为20℃，安装在瓶上的压力表指示的压力为15Mpa，试求瓶内氧气的质量是多少？ 解： 氧气： 例4-2 刚性容器中原先有压力为p1、温度为T1的一定质量的某种气体，已知其气体常数为Rg。后来加入了3kg的同种气体，压力变为p2、温度仍为T1。试确定容器的体积和原先的气体质量m1。 解： 4.2 理想气体的比热容 一、比热容及其分类 定义：单位物量物体在准静态过程中温度升高1K（或1?C）所需要的热量称为“比热容”。 千摩尔比热容： 质量比热容： 体积比热容： 三者的换算关系： 比定压(质量) 热容： 比定容(质量) 热容： 定容过程 和定压过程 理想气体 二、迈耶方程（理想气体） 迈耶方程： 或 比定压热容大于比定容热容 绝热指数，其数值随气体的种类和温度而变 三、应用比热容计算热量的方法 （一）真实比热容 （温度的复杂函数） （二）定值比热容（简单处理） 单原子气体: 双原子气体： 三原子气体： （三）平均比热容计算热量的方法 1. 曲线关系 面积ABCDA =面积1BC01-面积1AD01 c t 0 1 2 A B D(t1) C(t2) c=a+bt+et2+┉ =q02-q01 4 4 0 0 , 2 1 t2 t1 0 0 - ° ° 的平均比热容，见表 到 和 到 表示温度自 t C t C c c p p 2. 直线关系 c t c=a+bt 直线关系平均比热容见表4-2，注意：表中t用（t1+t2）代入 例4-3 试分别利用比热表4-4和比热表4-2，计算100kg空气在定压下从900℃加热到1300℃所需的热量，并进行比较。 解: 查表4-4 查表4-2 4.3 理想气体的热力学能、焓和熵 一、理想气体的热力学能和焓 p v T=常数 s T 温度相同的状态点（可能压力和比体积不同）其热力学能和焓就相同。理想气体的等温线即为等热力学能线、等焓线。 2p 2p P=常数 1 1 2v 2v v=常数 2 2 同温度范围内所有过程初、终状态热力学能变化量相同，焓变化量都相同。 理想气体闭口系可逆过程， 理想气体开口系可逆过程 定容 定压 二、理想气体的熵 例4-5 试求空气在自由膨胀中比熵的变化量，已知初态空气 的温度为 ，体积为 ，膨胀终了的容积 。。 解：取整个容器内的空气为孤立系统（系统与外界无功、热及物质交换） 即： 4.4 理想气体混合物 T 、V??Pi T、 P ? Vi 分压力和分体积 道尔顿分压定律 ? ∵ 理想混合气体：由若干不同理想气体（组分）所组成。 一、道尔顿分压