03理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算[精品].ppt

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03理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算[精品]

* * 于是质量为m的空气的熵变为 * * 理想气体混合物也遵守理想气体状态参数状态式: 混合物的质量等于各组成气体质量之和: 混合物物质的量等于各组成气体物质的量之和: 由相互不发生化学反应的理想气体组成的混合气体,其中每一组元的性质如同它们单独存在一样,因此整个混合气体也具有理想气体的性质。 混合气体的性质取决于各组元的性质与份额。 3-4 理想气体混合物 * * 一、分压力和分容积 分压力—混合物中的某种组成气体单独占有混合物的容积并具有与混合物相同温度时的压力。 于是,各组成气体分压力的总和为 道尔顿定律—理想气体混合物的压力等于各组成气体分压力之和。 如混合物由n种理想气体组成,各组成气体的状态可由状态方程来描述。则第i种气体的分压力可表示为 * * 分容积—混合物中的某种组成气体具有与混合物相同的温度和压力而单独存在时所占有的容积。 于是,各组成气体分容积的总和为 亚美格定律—理想气体混合物的容积等于各组成气体分容积之和。 如混合物由n种理想气体组成,各组成气体的状态可由状态方程来描述。则第i种气体的分容积可表示为 * * 对某一组成气体i,按分压力及分容积分别列出其状态方程式,则有 对比二式,有 即组成气体的分压力与混合物压力之比,等于组成气体的分容积与混合物容积之比。 * * 二、混合物的组成 一般用组成气体的含量与混合物总量的比值来表示混合物的组成。 质量分数: 摩尔分数: 容积分数: 则 * * 混合物组成气体分数各种表示法之间的关系 由 由 由 得 得 得 * * 三、混合物的密度、摩尔质量及折合气体常数 由密度的定义,可写出混合物的密度为 * * 由摩尔质量的定义,写出混合物的摩尔质量为 即得 由 又得 * * 混合物的折合气体常数为 即得 以上二式还可写为 * * 四、理想气体混合物的热力学能及焓 混合物的热力学能等于组成气体热力学能之和,即由 得 由亚美格定律,理想气体混合物的焓可表示为 即有 * * 五、理想气体混合物的热容 由比热力学能与比热容之间的关系可得:du=cV0dT 由比焓与比热容之间的关系可得:dh=cp0dT * * 同理可得 由比热容与摩尔热容之间的关系:Cp0,m=Mcp0 以及 将 代入上式,即有 * * 六、理想气体混合物的熵 混合物的熵等于组成气体的熵之和,即 得 注意:理想气体的熵不仅是温度的函数,还与p(或v)有关,因此上式中各组成气体的熵值是混合气体温度T及各自分压力pi状态下的熵值。组成气体的熵变可由理想气体熵变计算式求出,例如: * * 因此,混合气体的熵变为: 此外,已知理想气体混合物热容及折合气体常数时,可按理想气体熵变计算式直接求取理想气体混合物的熵变。 * * 1. 掌握理想气体的热力学能、焓、比热容、熵的计算; 2. 掌握理想气体混合物的密度、摩尔质量、热力学能和焓的计算; 3. 了解理想气体混合物的热容和熵的计算。 本章基本要求 第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算 第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算 * * 3-1 理想气体的热力学能和焓 3-2 理想气体的比热容 3-3 理想气体的熵 3-4 理想气体混合物 第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算 * * 1845年焦耳实验装置:两个金属容器,通过一个带阀门的管路连接,放置于一个有绝热壁的水槽中。 实验过程:A中充以低压的空气(理想气体),B抽成真空。整个装置达到稳定时测量水(即空气)的温度,然后打开阀门,让空气自由膨胀充满两容器,当状态又达到稳定时再测量一次温度。测量结果:空气自由膨胀前后的温度相同,即,dT=0。 绝热自由膨胀 3-1 理想气体的热力学能和焓 * * 金属容器为刚性容器,则气体不可能对外作功,而系统从作为外界的水吸热量为零。根据热力学第一定律,系统的热力学能不发生变化,即,du=0。 实验结论: u=f(T)—理想气体热力学能仅仅是温度的函数,而与空气的压力和比体积无关。 理解:按照气体分子运动学说,理想气体分子间没有作用力,即,没有分子间的位能,因而理想气体的比热力学能即为其分子运动的动能,显然仅仅是温度的函数。 * * 下面证明一下比热力学能仅仅是温度的函数,即u=f(T)。 由于du=0 ,而dT=0,则 由于 则 即,u与v无关; 同理,可证明出u与p无关。 u是状态参数,所以u=f(T) * * 热力学能(u)变化的计算: 焓(h)变化的计算: h=f

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