工程热力学04-气体的热力性质.ppt

由无因次的对比状态参数组成的状态方程称为对比状态方程，任何有因次的状态方程都可以变换为无因次的对比状态方程 例如： 有因次的范德瓦尔方程： 对该方程有如下关系： 全式除以pCvC 范德瓦尔 对比状态方程 用压缩因子Z 替代对比比体积来表达范德瓦尔对比状态方程 对范德瓦尔气体， 得到： 代入 用Z替代vr范德瓦尔 对比状态方程 3. 理想气体的熵 对理想气体来说，熵确实是一个状态参数。 理想气体的热力学能和焓都只是温度的函数 理想气体的熵则不仅仅是温度的函数，它还 和压力或比体积有关。 4-4 实际气体对理想 气体性质偏移 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 1、理想气体状态方程用于实际气体时的偏离 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： 理想气体的Z = 1，实际气体的Z 可大于1或小于1 Z值偏离1 的大小，反映了实际气体对理想气体性质的偏离程度 为了便于理解Z的物理意义，将上式改写为 压缩因子Z 即为温度、压力相同时的实际气体与理想气体比体积之比, 是用比体积的比值来描述实际气体的偏离程度 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 产生偏离的原因是,理想气体模型中忽略了气体分子间的作用力和气体分子所占据的体积。分子间的吸引力有助于气体的压缩;而分子本身具有体积,使分子自由活动空间减小,不利于压缩,正是由于同时存在这两个影响相反的因素的综合作用,才使实际气体偏离理想气体,偏离的方向取决于哪一个因素起主导作用 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 2、实际气体与理想气体物态变化的偏离——实际气体的液化 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，CO2 定温压缩或膨胀时, 无论压力如何变化, CO2 化始终是气态,而且温度越高就越符合理想气体规律 演示 4-5 实际气体状态方程 实际气体的状态方程可分两类 第一类是在考虑了物质结构的基础上建立起来的半经验状态方程, 其特点是形式比较简单, 物理意义比较清楚,利用少数几个经验或半经验的参量就能得到一定精确度的结果 第二类是为数很多的各种经验的状态方程,这些方程对待特定的物质在特定的参数范围内能给出精确度较高的结果,其形式一般都比较复杂 1、范德瓦尔状态方程 1873年，荷兰学者范德瓦尔(Van der Waals)采用逆向思维方法,针对实际气体区别于理想气体的两个主要特征（分子有体积，分子间有引力），对理想气体状态方程进行了相应的修正而提出了如下的状态方程： b —— 考虑到分子本身有体积，因而将分子运动的自由空间由 v 减小为 （v - b） a / v2——考虑分子间吸引力的修正 分子间吸引力引起两个变化 其一,当气体分子与容器壁碰撞时，由于受到容器内部分子吸引而产生一指向容器内部的合力，这样，由分子碰撞容器壁而产生的压力就会减小，这减小量从碰撞强度和碰撞频率两方面与气体密度有关。气体密度愈大，分子引力作用愈大，对碰撞的减弱作用愈明显； 其二，气体密度愈大，单位时间内碰撞在容器单位面积上的被减