[物理]理想气体的性质与过程.ppt

03-理想气体的热力性质及基本热力过程--SCH 工程热力学的研究内容 本章主要内容 理想气体及其状态方程 理想气体的比热容 理想气体热力学能、焓和熵的变化计算 理想气体的混合物 理想气体的基本热力过程 本章基本要求 1．掌握理想气体的概念及理想气体状态方程的各种表达形式，并能熟练运用； 2．理解理想气体比热容的概念及影响因素，掌握理想气体比热容的分类；能够熟练利用平均比热容表或定值比热容进行热量的计算； 3．掌握理想气体的热力学能及焓的特点，能够进行理想气体的热力学能、焓及熵变化量的计算； 4．掌握理想气体的四个基本热力过程（即定容、定压、定温及绝热过程）的状态参数和能量交换特点及基本计算，以及上述过程在p-v 图和T-s图上的表示； 5．理解理想混合气体的性质，了解混合气体分压力、分容积的概念以及混合气体的成分表示法，混合气体折合分子量及折合气体常数的计算方法。 3-1 理想气体及其状态方程 一、实际气体与理想气体 1.理想气体：是一种假象的气体模型，气体分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子之间没有相互作用力。 2.实际气体：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。如：电厂中的水蒸气、制冷机中的氟里昂蒸汽、氨蒸汽等。 理想气体是实际气体p?0的极限情况。 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。 下列情况下，可将实际气体视为理想气体 温度较高、压力较低、远离液态，比体积较大时。 如：在常温、常压下H2、O2、N2、CO2、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。 二、理想气体 状态方程 1、理想气体的状态方程式 理想气体在任一平衡状态时p、v、T之间关系的函数关系即理想气体状态方程式，或称克拉贝龙(Clapeyron)方程。 二、通用气体常数 R （也叫摩尔气体常数） 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： 气体常数与通用气体常数的关系 例：空气的气体常数为 不同物量下理想气体的状态方程式及应用 计算时注意事项 计算时注意事项实例 3-2 理想气体的比热容 一、比热容的定义及单位 1、比热容定义 2、比热容分类及单位 质量比热容：单位质量物质的热容量，用c表示，单位为J/(kg·K)； 千摩尔比热容：1kmol物质的热容量，用Cm表示，单位J/(kmol·K)； 容积比热容：标准状态下,1m3 的物质的热容量，用c’表示，单位为J/(Nm3·K)； 二、影响比热容的因素 1、过程特性对比热容的影响 同一种气体在不同条件下，如在保持容积不变或压力不变的条件下加热，同样温度升高1K所需的热量是不同的。 （1）定容比热容(cv)：在定容情况下，单位物量的气体，温度升高1K所吸收的热量。 （2）定压比热容（cp）：在定压情况下，单位物量的气体，温度升高1K所吸收的热量。 2、温度对比热容的影响 实验和理论证明，不同气体的比热容要随温度的变化而变化，一般情况下，气体的比热容随温度的升高而升高，表达为多项式形式： 三、利用比热容计算热量的方法 当气体的种类和加热过程确定后，比热容就只随温度的变化而变化。可得： 1、用定值比热容计算热量 定值比热容概念：精度要求不高时，忽略温度对比热容的影响，取比热容为定值，称为定值比热容。 对于理想气体，凡分子中原子数目相同的气体，其千摩尔比热容相同且为定值。这样定值质量比热容和定值容积比热容也可求出。 对1kg或1Nm3气体T1变到T2所需热量为 对于mkg质量气体，所需热量为： 对于标准状态下V0气体，所需热量为： 2、用平均比热容计算热量 平均比热容：是指在一定温度范围内真实比热容的平均值，即一定温度范围内单位数量气体吸收或放出的热量与该温度差的比值。温度很高时，比热容变化较明显，常利用平均比热容来计算热量。 3-3 理想气体热力学能、焓和熵变化的计算 四、理想气体的熵变化 理想气体熵方程 五、理想气体热力过程的综合分析 例题 气缸与活塞封闭有1㎏某种理想气体。该气体经历一多变压缩过程，消耗压缩功300KJ，气体的比体积缩小1/7.5，压力增大到9.3倍。已知该气体的k=1.4和cv=0.716kj/kg.k。试按定比热容计算过程的多变指数、气体被压缩的终温、气体热力学能和熵的变化量，以及过程中气体与外界交换的热量。 (1) 3-4 理想气体的混合物 一、基本概念 1、