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1、第三章 气体的热力性质和热力过程,31 理想气体的概念,理想气体指分子间没有相互作用力、分子是不具有体积的弹性质点的假想气体 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 理想气体是实际气体p0的极限情况。,理想气体与实际气体,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 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。,32 理想气体状态方程式和摩尔气
2、 体常数,理想气体的状态方程式,Rg为气体常数（单位J/kgK），与气体所处的状态无关，随气体的种类不同而异,理想气体在任一平衡状态时p、v、T之间关系的方程式即理想气体状态方程式，或称克拉贝龙(Clapeyron)方程。,通用气体常数 （也叫摩尔气体常数）R,通用气体常数不仅与气体状态无关，与气体的种类也无关,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：,M 为气体的摩尔质量,不同物量
3、下理想气体的状态方程式,m kg 理想气体,1 kg 理想气体,n mol 理想气体,1 mol 理想气体,33 理想混合气体,理想气体混合物中各组元气体均为理想气体，因而混合物的分子都不占体积，分子之间也无相互作用力。因此混合物必遵循理想气体方程，并具有理想气体的一切特性。,1、混和气体的成分,混合气体成分的几种表示方法：,体积分数：,Vi为分体积,质量分数：,摩尔分数：,wi、xi、i的转算关系,2 混合气体平均摩尔质量,混合气体的气体常数,3、分压力定律和分体积定律,分压力及分体积,在与混合物温度相同的情况下，每一种组成气体都独自占据体积V时，组成气体的压力称为分压力。用pi表示。,各组
4、成气体都处于与混合物温度、压力相同的情况下，各自单独占据的体积称为分体积。用Vi表示。,分压力定律,混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，称为道尔顿(Dalton)分压定律,分体积定律,理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和，称为亚美格(Amagat)分体积定律,34 气体的热力性质,1kg物质温度升高1K所需的热量称为比热容：,1 比热容的定义,物体温度升高1K所需的热量称为热容：,1mol 物质的热容称为摩尔热容 Cm ，单位：J/(molK) 标准状态下1 m3 物质的热容称为体积热容 C，单位： J/(m3K) 比热容、摩尔热容及体积热容三者之间的关系： Cm=Mc=0.0
5、224141 C,定压比热容：可逆定压过程的比热容,定压比热容及定容比热容,热量是过程量，因此比热容也与各过程特性有关，不同的热力过程，比热容也不相同：,定容比热容：可逆定容过程的比热容,焓值h=u+pv，对于理想气体h=u+RgT，可见焓与压力无关，理想气体的焓也是温度的单值函数：,对于理想气体，cp、 cv 是温度的单值函数，因此它们也是状态参数。,对于理想气体，其分子间无作用力，不存在内位能，热力学能只包括取决于温度的内动能，与比体积无关，理想气体的热力学能是温度的单值函数：,定压比热容与定容比热容的关系,迈耶公式：,迈耶公式,理想气体比热容的计算,真实比热容,将实验测得的不同气体的比热
6、容随温度的变化关系，表达为多项式形式：,定值比热容：,工程上，当气体温度在室温附近，温度变化范围不大或者计算精确度要求不太高时，将比热视为定值，参见附表3。亦可以用下面公式计算：,应该指出，单原子气体的定容比热容和定压比热容基本上是定值的，可以认为与温度无关。 对双原子气体和多原子气体，如果温度接近常温，为了简化计算；可将比热容看作定值。通常取298K(25度)时气体比热容的值为定比热容的值。某些常用气体在理想气体状态下的定比热容可查阅附表1,热容比：,3 理想气体的热力学能、焓、熵,热力学能和焓,理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数：,工程上的几种计算方法：,按定值比热容计算；,按真实比热容计算；,按平均比热容计算；,状态参数熵,熵的定义：,式中，下标 “ rev ” 表示可逆，T为工质的绝对温度。,熵是状态参数：,理想气体的熵方程,熵方程的推导：,本章应注意的问题,2考虑比热随温度变化后，产生了多种计算理想气体热 力参数变化量的方法，要熟练地掌握和运用这些方法， 必须多加练习才能达到目的。,1运用理想气体状态方程确定气体的数量和体 积等，需特别注意有关物理量的含义及单位的选取。,3在非定值比热情况下,理想气体内能、焓变化量的计算 方法，理想混合气体的分量表示法，理想混合气体相 对分子质量和气体常数的计算。,
