《《理想气体的性质》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《理想气体的性质》PPT课件.ppt（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 工程热力学工程热力学蒋爱国蒋爱国上海海事大学上海海事大学轮机工程系轮机工程系第二篇第二篇 工质的性质工质的性质理想气体的性质理想气体的性质实际气体的性质实际气体的性质水蒸气与湿空气水蒸气与湿空气理想气体的热力过程理想气体的热力过程第第4 4章章 理想气体的热力性质理想气体的热力性质第一节第一节 理想气体的状态方程理想气体的状态方程第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第四节第四节 理想气体混合物理想气体混合物4.1 4.1 理想气体的状态方程理想气体的状态方程一、理想气体与实际气体一、理想气体与实际气体一、理想气体与实
2、际气体一、理想气体与实际气体定义：定义：定义：定义：假想气体，其假想气体，其假想气体，其假想气体，其分子是些弹性的，不具体积的质点分子是些弹性的，不具体积的质点分子是些弹性的，不具体积的质点分子是些弹性的，不具体积的质点；分子间没有相互作用力。分子间没有相互作用力。分子间没有相互作用力。分子间没有相互作用力。热力学中，把完全符合热力学中，把完全符合 及热力学能仅为温度的函数及热力学能仅为温度的函数 的气体，称为的气体，称为理想气体理想气体；否则称为实际气体。；否则称为实际气体。理想气体：理想气体：氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空气、氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空气、 燃气、烟
3、气燃气、烟气（在通常使用的温度、压力下）（在通常使用的温度、压力下）实际气体：实际气体：氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气摩尔（摩尔（molmol）是国际单位制中用来表示物质量的基本单位。物质中所包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含的基本单元数与0.0120.012千克碳千克碳-12-12的原子数目相等时物质的量即为的原子数目相等时物质的量即为1mol1mol。为为6.02251023个。个。实验表明实验表明：任何物质：任何物质6.02251023个个分子的质量，以克为单位时，数值上分子的质量，以克为单位时，数值上恰等于其分子
4、量。恰等于其分子量。故分子量为故分子量为M的物质，其的物质，其摩尔质量为摩尔质量为M。例：例：水的分子量为水的分子量为1818，1mol1mol水水中有中有6.02251023个个水分子，水的摩尔质量为水分子，水的摩尔质量为18g/mol，或，或18kg/kmol。若以若以m表示物质的质量，表示物质的质量，n表示摩尔数，则：表示摩尔数，则：若以若以Vm表示表示1kmol气体的容积，叫千摩尔容积，则：气体的容积，叫千摩尔容积，则： Vm= Mv m3/kmol二、摩尔、摩尔质量、摩尔容积二、摩尔、摩尔质量、摩尔容积二、摩尔、摩尔质量、摩尔容积二、摩尔、摩尔质量、摩尔容积三、理想气体状态方程三、理
5、想气体状态方程三、理想气体状态方程三、理想气体状态方程1kg气体气体：1kmol气体气体：m kg气体气体：n kmol气体气体：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“通通用气体常数用气体常数”. .Rg为气体常数为气体常数 ,与气体种类有关。与气体种类有关。VM为千摩尔体积为千摩尔体积，单位是，单位是在标准状态下在标准状态下( (Tn=273.15K、pn=0.101325MPa), ), 1kmol气体体积为：气体体积为： 例例4-14-1 已知氧气瓶的容积已知氧气瓶的容积 ，瓶内氧气温度为，瓶内氧气温度为2020，
6、安装在瓶上的压力表指示的压力为，安装在瓶上的压力表指示的压力为15Mpa15Mpa，试求，试求瓶内氧气的质量是多少？瓶内氧气的质量是多少？解解：氧气：氧气：例例4-24-2 刚性容器中原先有压力为刚性容器中原先有压力为p1、温度为、温度为T T1 1的一定质量的某种的一定质量的某种气体，已知其气体常数为气体，已知其气体常数为Rg。后来加入了。后来加入了3kg的同种气体，压力的同种气体，压力变为变为p2、温度仍为、温度仍为T1。试确定容器的体积和原先的气体质量。试确定容器的体积和原先的气体质量m1。解解：4.2 4.2 理想气体的比热容理想气体的比热容一、比热容及其分类一、比热容及其分类一、比热
7、容及其分类一、比热容及其分类定义：定义：定义：定义：单位物量单位物量物体在准静态过程中温度升高物体在准静态过程中温度升高1K（或（或1 C）所需要的热所需要的热量称为量称为“比热容比热容”。千摩尔比热容千摩尔比热容：质量比热容质量比热容：体积比热容体积比热容：三者的换算关系三者的换算关系：比定压比定压( (质量质量) ) 热容：热容：比定容比定容( (质量质量) ) 热容热容：定容过程定容过程 和定压过程和定压过程 理想气体理想气体二、迈耶方程二、迈耶方程二、迈耶方程二、迈耶方程（理想气体）（理想气体）（理想气体）（理想气体）迈耶方程：迈耶方程：或或比定压热容大于比定容热容比定压热容大于比定容
8、热容比定压热容大于比定容热容比定压热容大于比定容热容绝热指数绝热指数，其数值随气体的种类和温度而变，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三、应用比热容计算热量的方法三、应用比热容计算热量的方法三、应用比热容计算热量的方法（一）真实比热容（一）真实比热容 （温度的复杂函数温度的复杂函数）（二）定值比热容（二）定值比热容（简单处理简单处理）单原子气体单原子气体: :双原子气体双原子气体：三原子气体三原子气体：（三）平均比热容计算热量的方法（三）平均比热容计算热量的方法（三）平均比热容计算热量的方法（三）平均比热容计算热量的方法1. 1. 曲线关系曲线关系面积面积ABCDA=面积
9、面积1BC01-面积面积1AD01ct012ABD(t1)C(t2)c=a+bt+et2+ =q02-q014400,21t2t1 0 0-的平均比热容，见表的平均比热容，见表到到和和到到表示温度自表示温度自tCtCccpp2. 2. 直线关系直线关系ctc=a+bt直线关系平均比热容见表直线关系平均比热容见表4-24-2，注意：注意：表中表中t t用（用（t1+t2）代入）代入例4-3 试分别利用比热表试分别利用比热表4-44-4和比热表和比热表4-24-2，计算，计算100kg100kg空气在定空气在定压下从压下从900900加热到加热到13001300所需的热量，并进行比较。所需的热量，
10、并进行比较。解解:查表4-4查表4-24.3 4.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵一、理想气体的热力学能和焓一、理想气体的热力学能和焓一、理想气体的热力学能和焓一、理想气体的热力学能和焓pvT=常数sT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。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。理理想气体的等温线即为等热力学能线、等焓线。想气体的等温线即为等热力学能线、等焓线。2p2pP=常数112v2vv=常数22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。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
11、相同。理想气体理想气体闭口系闭口系可逆过程，可逆过程，理想气体理想气体开口系开口系可逆过程可逆过程定定容容定定压压二、理想气体的熵二、理想气体的熵二、理想气体的熵二、理想气体的熵例例4-54-5 试求空气在自由膨胀中比熵的变化量，已知初态空气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的温度为 ，体积为，体积为 ，膨胀终了的容积，膨胀终了的容积 。解：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 理想气体混合物理想气体混合物T 、VPiT、 P Vi 分压力和分体积分压力和分体积 道尔顿分压定律道尔顿分压定律 理想混合气体：由若干不同理想气体（组分）所组
12、成理想混合气体：由若干不同理想气体（组分）所组成。 一、道尔顿分压定律一、道尔顿分压定律二、分体积二、分体积 定律定律 （亚美格分体积定律）（亚美格分体积定律）所以，得到所以，得到分体积定律分体积定律1、质量分数、质量分数三、理想混合气体的分数（成分：三种表示方法）三、理想混合气体的分数（成分：三种表示方法） 已知理想混合气体由已知理想混合气体由n种理想气体组成，其中任一种组成气体的种理想气体组成，其中任一种组成气体的质量为质量为m mi i ，分体积为，分体积为Vi，千摩尔数为，千摩尔数为ni(i=1,2,n) )，则理想混合气体，则理想混合气体的分数分别为的分数分别为 混合气体总质量混合气
13、体总质量 第第i i种组成气体的质量分数种组成气体的质量分数 2、体积分数、体积分数第第i i种组成气体的体积分数种组成气体的体积分数 由由状态方程有由状态方程有3、摩尔分数、摩尔分数 混合气体总摩尔数混合气体总摩尔数 第第i i种组成气体的摩尔分数种组成气体的摩尔分数 四、理想混合气体的千摩尔质量和气体常数四、理想混合气体的千摩尔质量和气体常数 （折合）（折合）（混合气体的体积分数和摩尔分数在数值上是相等的）（混合气体的体积分数和摩尔分数在数值上是相等的）五、理想混合气体的比热容、热力学能、焓和熵五、理想混合气体的比热容、热力学能、焓和熵 1、比热容、比热容对第对第i i种组分种组分理想混合
14、气体的质量比热容理想混合气体的质量比热容理想混合气体的体积比热容理想混合气体的体积比热容2 2、热力学能、焓和熵、热力学能、焓和熵 理想混合气体的热力学能为各组成气体热力学能之和理想混合气体的热力学能为各组成气体热力学能之和 理想混合气体的焓和比焓理想混合气体的焓和比焓 理想混合气体的熵和比熵理想混合气体的熵和比熵* 熵不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为熵不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为T T的组成气的组成气体单独存在于体积体单独存在于体积V中，其分压力为中，其分压力为Pi i，所以计算组成气体比熵的变，所以计算组成气体比熵的变化量时应采用其分压力化量时应采用其分压力Pi ，而不是理想混合气体的压力，而不是理想混合气体的压力P，即，即
