工程热力学-气体的热力性质和热力过程课件

1kg理想气体理想气体mkg理想气体理想气体1mol理想气体理想气体nmol理想气体理想气体Rg 是一个与气体的种类有关，是一个与气体的种类有关，与气体的状态无关的常数与气体的状态无关的常数，称称为为气体常数气体常数。R 是一个与气体的种类无关，是一个与气体的种类无关，与气体的状态也无关的常数，与气体的状态也无关的常数，称为称为通用气体常数通用气体常数。3-1 3-1 理想气体状态方程理想气体状态方程第三章第三章 理想气体的热力性质和热力过程理想气体的热力性质和热力过程M是气体的摩尔质量，是气体的摩尔质量，g/mol或或kg/kmol。气体常数气体常数R与通用气体常数之间有如下关系；与通用气体常数之间有如下关系；P306P306附表附表1 1常用气体的某些基本热力性质常用气体的某些基本热力性质任意两个状态参数就可以确定理想气体的一个平衡状态。（错）3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体 0.0.0.0.假定：假定：假定：假定：1)1)1)1)混合气体内部无化学反应，成分不变；混合气体内部无化学反应，成分不变；混合气体内部无化学反应，成分不变；混合气体内部无化学反应，成分不变；2)2)2)2)各组元气体都有理想气体的性质，各组元气体都有理想气体的性质，各组元气体都有理想气体的性质，各组元气体都有理想气体的性质，3)3)3)3)混合后仍具有理想气体的性质；混合后仍具有理想气体的性质；混合后仍具有理想气体的性质；混合后仍具有理想气体的性质；4)4)4)4)各组元气体彼此独立，互不影响。各组元气体彼此独立，互不影响。各组元气体彼此独立，互不影响。各组元气体彼此独立，互不影响。1.1.1.1.分容积定律分容积定律分容积定律分容积定律 p,T p,TV1,n1 p,TVi,ni p,TV n,n nV=V1+V2+Vi+Vnn=n1+n2+ni+nn分容积定律示意图分容积定律示意图 3-2 3-2 3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体理想混合气体理想混合气体混合气体的总容积等于各组成气体的分容积之和。混合气体的总容积等于各组成气体的分容积之和。混合气体的总容积等于各组成气体的分容积之和。混合气体的总容积等于各组成气体的分容积之和。第第第第 i i 种组成气体的分容积种组成气体的分容积种组成气体的分容积种组成气体的分容积。第第第第 i i 种组成气体在与混合气体同温、种组成气体在与混合气体同温、种组成气体在与混合气体同温、种组成气体在与混合气体同温、同压下单独存在时所占有的容积称为同压下单独存在时所占有的容积称为同压下单独存在时所占有的容积称为同压下单独存在时所占有的容积称为第第第第 i i 种组成气体的分容积。种组成气体的分容积。种组成气体的分容积。种组成气体的分容积。分容积与总容积之分容积与总容积之间的关系间的关系 3-2 3-2 3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体理想混合气体理想混合气体混合气体中某组元气体实际占有的容积等于该组元的分容积。（错）T,V p1T,V p2T,V p nT,2.2.道尔顿分压力定律道尔顿分压力定律道尔顿分压力定律道尔顿分压力定律 V 之间分压力与总压力关系示意图之间分压力与总压力关系示意图 3-2 3-2 3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体理想混合气体理想混合气体道尔顿分压力定律道尔顿分压力定律道尔顿分压力定律道尔顿分压力定律混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。第第第第 i i 种组成气体的分压力。种组成气体的分压力。种组成气体的分压力。种组成气体的分压力。第第第第 i i 种组成气体占有与混合气体相同的容积和种组成气体占有与混合气体相同的容积和种组成气体占有与混合气体相同的容积和种组成气体占有与混合气体相同的容积和处于与混合气体相同的温度下所具有的压力称处于与混合气体相同的温度下所具有的压力称处于与混合气体相同的温度下所具有的压力称处于与混合气体相同的温度下所具有的压力称为为为为第第第第 i i 种组成气体的分压力。种组成气体的分压力。种组成气体的分压力。种组成气体的分压力。3-2 3-2 3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体理想混合气体理想混合气体3.3.混合气体的成份表示方法混合气体的成份表示方法混合气体的成份表示方法混合气体的成份表示方法 混混混混 合合合合 气气气气 体体体体质量质量质量质量kgkg 摩尔数摩尔数摩尔数摩尔数kmol kmol 体积体积体积体积mm3 3项项项项 目目目目 第第第第i i i i种组成气体种组成气体种组成气体种组成气体 相对成份相对成份相对成份相对成份=分分分分 量量量量 总总总总 量量量量绝对成份绝对成份绝对成份绝对成份相对成份相对成份相对成份相对成份绝对成分与相对成分绝对成分与相对成分 3-2 3-2 3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体理想混合气体理想混合气体 混混混混 合合合合 气气气气 体体体体质量质量质量质量kgkg 摩尔数摩尔数摩尔数摩尔数kmol kmol 体积体积体积体积mm3 3项项项项 目目目目 第第第第i i i i种组成气体种组成气体种组成气体种组成气体 相对成份相对成份相对成份相对成份 =分分分分 量量量量 总总总总 量量量量 1)1)1)1)质量成份质量成份质量成份质量成份2)2)2)2)摩尔成份摩尔成份摩尔成份摩尔成份3)3)3)3)体积成份体积成份体积成份体积成份绝对成份绝对成份绝对成份绝对成份相对成份相对成份相对成份相对成份 3-2 3-2 3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体理想混合气体理想混合气体3.3.混合气体的成份表示方法混合气体的成份表示方法混合气体的成份表示方法混合气体的成份表示方法4.4.容积成份与摩尔成份之间的关系容积成份与摩尔成份之间的关系容积成份与摩尔成份之间的关系容积成份与摩尔成份之间的关系5.5.混合气体的平均摩尔质量和气体常数混合气体的平均摩尔质量和气体常数混合气体的平均摩尔质量和气体常数混合气体的平均摩尔质量和气体常数即即即即因因因因混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量容积成分与容积成分与摩尔成分之摩尔成分之间的关系间的关系 3-2 3-2 3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体理想混合气体理想混合气体5.5.混合气体的平均摩尔质量和气体常数混合气体的平均摩尔质量和气体常数混合气体的平均摩尔质量和气体常数混合气体的平均摩尔质量和气体常数若已知各组成气体的质量份数和摩尔质量若已知各组成气体的质量份数和摩尔质量若已知各组成气体的质量份数和摩尔质量若已知各组成气体的质量份数和摩尔质量混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量容积成分与容积成分与摩尔成分之摩尔成分之间的关系间的关系 3-2 3-2 3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体理想混合气体理想混合气体4.4.容积成份与摩尔成份之间的关系容积成份与摩尔成份之间的关系容积成份与摩尔成份之间的关系容积成份与摩尔成份之间的关系即即即即6.6.混合气体的总压力与分压力之间的关系混合气体的总压力与分压力之间的关系混合气体的总压力与分压力之间的关系混合气体的总压力与分压力之间的关系即即即即折合气体折合气体常数常数混合气体的气体常数混合气体的气体常数混合气体的气体常数混合气体的气体常数由质量成份由质量成份由质量成份由质量成份 3-2 3-2 3-2 3-2 理想混合气体理想混合气体理想混合气体理想混合气体5.5.混合气体的平均摩尔质量和气体常数混合气体的平均摩尔质量和气体常数混合气体的平均摩尔质量和气体常数混合气体的平均摩尔质量和气体常数3-3 气体的热力性质气体的热力性质1.比热容的定义和单位比热容的定义和单位 一个物量单位的物体温度升高（或降低）一个物量单位的物体温度升高（或降低）所吸收所吸收（或放出）的热量称为比热容。（或放出）的热量称为比热容。定义式定义式比热容的单位比热容的单位 质量比热容质量比热容 cx 摩尔比热容摩尔比热容 Cx 容积比热容容积比热容单位单位单位单位单位单位标准状态标准状态2.比热容与过程的关系比热容与过程的关系2)定压比热容定压比热容1)定容比热容定容比热容定容过程的热量定容过程的热量定压过程的热量定压过程的热量比热容与过程的关系比热容与过程的关系 3-3 气体的热力性质气体的热力性质3.理想气体的真实比热容、平均比热容和定值比热容理想气体的真实比热容、平均比热容和定值比热容1)真实比热容真实比热容如如热热 量量cc1c212tABcf(t)t1 t20理想气体的真实比热容理想气体的真实比热容见P306附表2 3-3 3-3 气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质cc1c2c12tABc=f(t)t1 t22)平均比热容平均比热容0DEF理想气体的平均比热容理想气体的平均比热容见P307附表3、4 3-3 3-3 气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质3)3)定值比热容定值比热容定值比热容定值比热容理想气体分子中原子数相同的气体，其摩尔比热容都相等。理想气体分子中原子数相同的气体，其摩尔比热容都相等。单原子气体单原子气体双原子气体双原子气体多原子气体多原子气体定压摩尔比热容定压摩尔比热容定容摩尔比热容定容摩尔比热容项项 目目通常取通常取25时气体比热容的值为定比热容的值。时气体比热容的值为定比热容的值。见见P306附表附表1 3-3 3-3 气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质4.理想气体的热力学能理想气体的热力学能(内能内能)、焓的变化量计算、焓的变化量计算P341)内能的变化量内能的变化量 若比热容取定值或平均值若比热容取定值或平均值2)焓的变化量焓的变化量迈耶公式迈耶公式定定 义义因因称称 为热容比为热容比理想气体的内能、焓的计算理想气体的内能、焓的计算 3-3 3-3 气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质 若取真实比热容若取真实比热容,积分后的精确值查积分后的精确值查P308附表附表5 若取真实比热容若取真实比热容,积分后的精确值查积分后的精确值查P308附表附表5 若比热容取定值或平均值若比热容取定值或平均值5.理想气体熵变化量的计算理想气体熵变化量的计算同理由同理由可得出可得出 3-3 3-3 气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质 若取真实比热容若取真实比热容,积分后的精确值查积分后的精确值查P308附表附表5可得可得由由代入上式代入上式即即续8 3-3 3-3 气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质比热比比热比5.迈耶公式迈耶公式2.理想气体内能的变化量理想气体内能的变化量3.理想气体焓的变化量理想气体焓的变化量4.理想气体熵的变化量理想气体熵的变化量1.理想气体状态方程理想气体状态方程小小 结结小结 3-3 3-3 气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质气体的热力性质P39例题例题3-3,3-40.0.分析热力过程的内容和方法分析热力过程的内容和方法分析热力过程的内容和方法分析热力过程的内容和方法(假定过程是可逆过程假定过程是可逆过程假定过程是可逆过程假定过程是可逆过程)1)1)1)1)确定确定确定确定过程方程过程方程过程方程过程方程2)2)2)2)确定状态参数确定状态参数确定状态参数确定状态参数(基本状态参数基本状态参数基本状态参数基本状态参数)的变化规律的变化规律的变化规律的变化规律3)3)3)3)绘出过程曲线绘出过程曲线绘出过程曲线绘出过程曲线 而对与任何过程有而对与任何过程有而对与任何过程有而对与任何过程有3-4 3-4 3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程4 4)确定过程中的热量和功确定过程中的热量和功确定过程中的热量和功确定过程中的热量和功（2 2）功功功功容积功容积功容积功容积功（1 1）热量热量热量热量用比热容计算热量用比热容计算热量用比热容计算热量用比热容计算热量用能量方程计算热量用能量方程计算热量用能量方程计算热量用能量方程计算热量技术功技术功技术功技术功续23-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 0.0.0.0.分析热力过程的内容和方法分析热力过程的内容和方法分析热力过程的内容和方法分析热力过程的内容和方法1.1.定容过程定容过程定容过程定容过程1)1)过程方程过程方程过程方程过程方程2)2)状态参数间关系式状态参数间关系式状态参数间关系式状态参数间关系式 3)3)3)3)定容过程的过程曲线定容过程的过程曲线定容过程的过程曲线定容过程的过程曲线可知定容过程线在可知定容过程线在可知定容过程线在可知定容过程线在T-sT-sT-sT-s图上为一指数曲线图上为一指数曲线图上为一指数曲线图上为一指数曲线曲线的斜率是曲线的斜率是曲线的斜率是曲线的斜率是定容过程的过程方程、状态参数及曲线的斜率3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程定值定值定值定值 或或或或定值定值定值定值 3)3)3)3)定容过程的过程曲线定容过程的过程曲线定容过程的过程曲线定容过程的过程曲线pvTs1212定容过程的过程曲线的表示图3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程4)4)4)4)功和热量功和热量功和热量功和热量内能变化量内能变化量内能变化量内能变化量 焓的变化量焓的变化量焓的变化量焓的变化量容容容容 积积积积 功功功功热热热热 量量量量定容过程的功和热量的计算3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程2.2.定压过程定压过程定压过程定压过程1)1)过程方程过程方程过程方程过程方程定值定值定值定值2)2)状态参数间关系式状态参数间关系式状态参数间关系式状态参数间关系式 3)3)3)3)定压过程的过程曲线定压过程的过程曲线定压过程的过程曲线定压过程的过程曲线可知定压过程线在可知定压过程线在可知定压过程线在可知定压过程线在T-sT-sT-sT-s图上为一指数曲线图上为一指数曲线图上为一指数曲线图上为一指数曲线定压过程曲线的斜率是定压过程曲线的斜率是定压过程曲线的斜率是定压过程曲线的斜率是定容过程曲线的斜率是定容过程曲线的斜率是定容过程曲线的斜率是定容过程曲线的斜率是3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程定压过程的定压过程的定压过程的定压过程的p p p pv v v v图和图和图和图和T-sT-sT-sT-s图图图图pvTs1212v定压过程的过程曲线的表示图3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程4)4)4)4)功和热量功和热量功和热量功和热量内能变化量内能变化量内能变化量内能变化量 焓的变化量焓的变化量焓的变化量焓的变化量容容容容 积积积积 功功功功热热热热 量量量量技技技技 术术术术 功功功功定压过程的功和热量的计算3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程3.3.定温过程定温过程定温过程定温过程1)1)过程方程过程方程过程方程过程方程定值，或定值，或定值，或定值，或2)2)状态参数关系式状态参数关系式状态参数关系式状态参数关系式 3)3)3)3)定温过程的过程曲线定温过程的过程曲线定温过程的过程曲线定温过程的过程曲线曲线的斜率是曲线的斜率是曲线的斜率是曲线的斜率是定值定值定值定值由过程方程得由过程方程得由过程方程得由过程方程得可知在可知在可知在可知在p-vp-v图上是一等边双曲线图上是一等边双曲线图上是一等边双曲线图上是一等边双曲线,3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程定温过程的定温过程的定温过程的定温过程的p-vp-vp-vp-v图和图和图和图和T-sT-sT-sT-s图图图图pvTs1212定温过程的过程曲线的表示图3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程3.3.定温过程定温过程定温过程定温过程4)4)4)4)功和热量功和热量功和热量功和热量内能变化量内能变化量内能变化量内能变化量 焓的变化量焓的变化量焓的变化量焓的变化量容容容容 积积积积 功功功功 热热热热 量量量量技技技技 术术术术 功功功功因因因因可知定温过程的比热容可知定温过程的比热容可知定温过程的比热容可知定温过程的比热容所以不能用定温过程的比热容来计算热量。所以不能用定温过程的比热容来计算热量。所以不能用定温过程的比热容来计算热量。所以不能用定温过程的比热容来计算热量。3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程3.3.定温过程定温过程定温过程定温过程4.4.定熵过程定熵过程定熵过程定熵过程1)1)过程方程过程方程过程方程过程方程或或或或(3)(3)、(4)(4)两式相除两式相除两式相除两式相除常数常数整理出过程方程整理出过程方程整理出过程方程整理出过程方程两边进行不定积分得两边进行不定积分得两边进行不定积分得两边进行不定积分得定熵过程的过程方程方法3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程方法方法方法方法 由由由由而理想气体状态方程而理想气体状态方程而理想气体状态方程而理想气体状态方程或或或或定值定值定值定值两边积分并整理两边积分并整理两边积分并整理两边积分并整理,得得得得其微分形式其微分形式其微分形式其微分形式将将将将(2)(2)代入代入代入代入(1)(1)式式式式定熵过程的过程方程方法3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程4.4.定熵过程定熵过程定熵过程定熵过程2)状态参数关系式状态参数关系式 3)3)定熵过程的过程曲线定熵过程的过程曲线定熵过程曲线的斜率是定熵过程曲线的斜率是由过程方程得由过程方程得 p 可知在可知在p-vp-v图上是一高次双曲线图上是一高次双曲线定温过程曲线的斜率是定温过程曲线的斜率是3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程常数常数;常数常数;常数常数4.4.定熵过程定熵过程定熵过程定熵过程pvTs1212T定熵过程的曲线的表示图3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程4.4.定熵过程定熵过程定熵过程定熵过程定熵过程的定熵过程的定熵过程的定熵过程的p p p pv v v v图和图和图和图和T-sT-sT-sT-s图图图图4)4)4)4)功和热量功和热量功和热量功和热量内能变化量内能变化量内能变化量内能变化量 焓的变化量焓的变化量焓的变化量焓的变化量容容容容 积积积积 功功功功热热热热 量量量量技技技技 术术术术 功功功功定熵过程的功和热量的计算3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程4.4.定熵过程定熵过程定熵过程定熵过程Ts12在在T-sT-s图上比容增大的方向图上比容增大的方向判断在T-s图上比容增大的方向3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程Ts12在在T-sT-s图上压力升高的方向图上压力升高的方向判断在T-s图上压力升高的方向3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程pv12在在p-vp-v图上温度升高的方向图上温度升高的方向判断在p-v图上温度升高的方向3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程pv12在在p-vp-v图上熵增加的方向图上熵增加的方向判断在p-v图上熵增加的方向3-4 3-4 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程P48P48例题例题3-6,3-7,3-83-6,3-7,3-83-5 3-5 多变过程多变过程多变过程多变过程1.1.过程方程过程方程过程方程过程方程定值定值定值定值定容过程定容过程定容过程定容过程定压过程定压过程定压过程定压过程定温过程定温过程定温过程定温过程定熵过程定熵过程定熵过程定熵过程定值定值定值定值定值定值定值定值定值定值定值定值定值定值定值定值特例特例特例特例多边过程的过程方程2.2.状态参数关系式状态参数关系式状态参数关系式状态参数关系式 从上面从上面从上面从上面3 3个式子中的任何一个都可得到多变指数的值个式子中的任何一个都可得到多变指数的值个式子中的任何一个都可得到多变指数的值个式子中的任何一个都可得到多变指数的值如如如如多边过程的状态参数变化规律第三章第三章第三章第三章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 3-4 3-4 多变过程多变过程多变过程多变过程3.3.多变过程的多变过程的p pv v图和图和T-sT-s图图pvTsn=0n=n=n=0n=0n=0n=n=n=n=n=1n=1n=1n=11n1n1n1nn=n=n=n=n0n0n0n0多边过程在p-v图和T-s图表示第三章第三章第三章第三章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 3-4 3-4 多变过程多变过程多变过程多变过程4 4 4 4 功和热量功和热量功和热量功和热量内能变化量内能变化量内能变化量内能变化量 焓的变化量焓的变化量焓的变化量焓的变化量容容容容 积积积积 功功功功多变过程中容积功的计算第三章第三章第三章第三章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 3-4 3-4 多变过程多变过程多变过程多变过程技技 术术 功功多变过程中技术功的计算第三章第三章第三章第三章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 3-4 3-4 多变过程多变过程多变过程多变过程容容容容 积积积积 功功功功技技技技 术术术术 功功功功热热热热 量量量量称称称称 c cn为为为为多变过程的比热容多变过程的比热容多变过程的比热容多变过程的比热容(n(n(n(n 1 1 1 1)。即即即即多变过程中热量的计算第三章第三章第三章第三章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 3-4 3-4 多变过程多变过程多变过程多变过程例题例题 有有1kg1kg空气，初始状态为空气，初始状态为 进行下列过程，进行下列过程，试求出上述过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相试求出上述过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相应位置画在同一张应位置画在同一张p-vp-v图和图和T-sT-s图上。图上。1.1.可逆绝热膨胀到可逆绝热膨胀到 2.2.不可逆绝热膨胀到不可逆绝热膨胀到 3.3.可逆定温膨胀到可逆定温膨胀到 4.4.可逆多变膨胀到可逆多变膨胀到 解解 膨胀功及熵的变化膨胀功及熵的变化膨胀功膨胀功可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀不可逆绝热膨胀不可逆绝热膨胀可逆定温膨胀可逆定温膨胀可逆多变膨胀可逆多变膨胀熵的变化熵的变化熵的变化熵的变化可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀可逆定温膨胀可逆定温膨胀可逆定温膨胀可逆定温膨胀可逆多变膨胀可逆多变膨胀可逆多变膨胀可逆多变膨胀绘在绘在绘在绘在p-vp-vp-vp-v图和图和图和图和T-sT-sT-sT-s图上图上图上图上pvTs11续例题不可逆绝热膨胀不可逆绝热膨胀不可逆绝热膨胀不可逆绝热膨胀pv12ab1-a,1-b,1-2为三个不同的热力过程为三个不同的热力过程,试排出试排出3个过程热力学个过程热力学能的变化量和吸热量的大小顺序。能的变化量和吸热量的大小顺序。课堂练习课堂练习1Ts练习练习2 2 将温度为将温度为200200的空气定温压缩到原来的的空气定温压缩到原来的1/21/2，再使它绝热，再使它绝热 胀到定温压缩前的压力。求最终温度，并画出其胀到定温压缩前的压力。求最终温度，并画出其p-vp-v和和T-sT-s图图 pvTs112233p解解 查附表查附表:空气空气由理想气体状态方程得由理想气体状态方程得终态温度终态温度因因 例题例题 1kg空气在温度为100下作如下四种定温膨胀过程，计算 各过程的功量并加以比较。设解 1.向真空膨胀2.空气在外界压力恒等于终压时进行膨胀（pout=0）定温膨胀过程中有1解 1.向真空膨胀2.空气在外界压力恒等于终压时进行膨胀（pout=0）定温膨胀过程中有1 例题例题 1kg空气在温度为100下作如下四种定温膨胀过程，计算 各过程的功量并加以比较。设解 1.向真空膨胀2.空气在外界压力恒等于终压时进行膨胀终压功（pout=0）定温膨胀过程中有2 例题例题 1kg空气在温度为100下作如下四种定温膨胀过程，计算 各过程的功量并加以比较。设4.可逆膨胀3.空气分两次膨胀：先在外界压力恒等于体积在50m3时的 压力下膨胀到50m3，再在外界压力恒等于终压时进行膨胀体积在50m3时的压力功第三章第三章第三章第三章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 3-5 无功过程和绝热过程无功过程和绝热过程1.不作膨胀功的过程不作膨胀功的过程(P56)由功的定义式由功的定义式可知可知,当当时时,有有w=0。此时此时,对于任何过程都有对于任何过程都有强调强调:不作膨胀功的过程和定容过程并不一样。不作膨胀功的过程和定容过程并不一样。2.不作技术功的过程不作技术功的过程(P57)第五章第五章第五章第五章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 3.绝热过程绝热过程(P59)由能量方程由能量方程1)绝热作功的过程绝热作功的过程有初、终态相同的两热力过程有初、终态相同的两热力过程可逆过程可逆过程不可逆过程不可逆过程熵变量熵变量引起工质熵变化的因素引起工质熵变化的因素 与外界交换热量与外界交换热量;过程不可逆。过程不可逆。绝热过程绝热过程各种叶轮式机械各种叶轮式机械活塞式机械活塞式机械第五章第五章第五章第五章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 若为可逆的绝热过程有若为可逆的绝热过程有,即为定熵过程。即为定熵过程。3.绝热过程绝热过程(P59)1)绝热作功的过程绝热作功的过程熵变量熵变量表明引起工质熵变化的因素表明引起工质熵变化的因素 与外界交换热量与外界交换热量;过程不可逆。过程不可逆。若为绝热过程有若为绝热过程有若为不可逆的绝热过程有若为不可逆的绝热过程有。P59末段末段,虽然虽然第五章第五章第五章第五章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程理想气体的热力过程 3.绝热过程绝热过程2)绝热自由膨胀过程绝热自由膨胀过程(P62)若为理想气体若为理想气体此不可逆的绝热过程中有此不可逆的绝热过程中有。由能量方程由能量方程因因得得若为实际气体若为实际气体有所增大有所增大,而使而使 减小减小,使使称之为焦耳效应。称之为焦耳效应。标准孔板标准孔板法法 兰兰取样孔取样孔 孔孔板板流流量量计计示示意意图图管管 道道孔板流量计孔板流量计示意图示意图3)绝热节流过程绝热节流过程123速度变化曲线速度变化曲线压力变化曲线压力变化曲线流体流经节流件时压力和流速的变化情况流体流经节流件时压力和流速的变化情况流体流经节流件时压力和流速的变化情况流体流经节流件时压力和流速的变化情况流体流经节流件时压力流体流经节流件时压力和流速的变化情况和流速的变化情况(1)(1)节流节流(2)(2)节流的基本特性节流的基本特性稳定流动能量方程稳定流动能量方程因为因为所以，用于节流问题的能量方程是所以，用于节流问题的能量方程是3)3)绝热节流过程绝热节流过程流体在管道内流动时，由于通道截面突然缩小，使流动流体在管道内流动时，由于通道截面突然缩小，使流动遇到阻力，使其压力降低，这种现象称为节流。遇到阻力，使其压力降低，这种现象称为节流。节流前后工质的焓值相等是截留过程的基本特性。节流前后工质的焓值相等是截留过程的基本特性。(3)(3)节流前后工质参数的变化节流前后工质参数的变化熵的变化量熵的变化量 节流过程是一不可逆的绝热过程节流过程是一不可逆的绝热过程,其熵必增加。其熵必增加。ds与与dp符号相反。节流产生的压降越大，熵增也越大，符号相反。节流产生的压降越大，熵增也越大，表明过程的不可逆程度越大。表明过程的不可逆程度越大。a.a.理想气体理想气体比容比容(自己分析）自己分析）温度温度b.b.实际气体实际气体零效应零效应压力变化压力变化 由由可见，可见，冷效应冷效应热效应热效应绝热节流的温度效应绝热节流的温度效应-焦汤效应。焦汤效应。P63例题3-12V2真空V1第五节第五节第五节第五节 定容混合过程和流动混合过程定容混合过程和流动混合过程定容混合过程和流动混合过程定容混合过程和流动混合过程气气罐罐和和管管道道三、充、放气过程的能量方程三、充、放气过程的能量方程气罐和管道示气罐和管道示意图意图充充气气过过程程示示意意图图 p p0,T0,h0热热力力系系充气过程示意图示意图充气过程示意图示意图充充气气过过程程示示意意图图 p p0,T0,h0充气过程示意图示意图充气过程示意图示意图热热力力系系简化能量方程简化能量方程简化能量方程简化能量方程.充气过程的能量方程充气过程的能量方程 （1 1）微元过程微元过程若为绝热充气过程，有若为绝热充气过程，有若为绝热充气过程，有若为绝热充气过程，有（2)有限过程有限过程有限过程有限过程若充气前容器内为真空（若充气前容器内为真空（若充气前容器内为真空（若充气前容器内为真空（m m1=0），有），有），有），有或或或或得得得得建立有限充气过程的能量方程建立有限充气过程的能量方程有限过程有限过程有限过程有限过程方法方法方法方法 套用开口系能量方程套用开口系能量方程套用开口系能量方程套用开口系能量方程因因因因有有有有工质入口动能、位能忽略不计。工质入口动能、位能忽略不计。工质入口动能、位能忽略不计。工质入口动能、位能忽略不计。放气过程示意图放气过程示意图放气过程示意图放气过程示意图2、放气过程的能量方程、放气过程的能量方程简化能量方程简化能量方程（1 1）微元过程微元过程建立微元放气过程的能量方程建立微元放气过程的能量方程(2)(2)有限过程有限过程得得若为绝热放气过程，有若为绝热放气过程，有对上式积分对上式积分建立有限充气过程的能量方程建立有限充气过程的能量方程有限过程有限过程有限过程有限过程方法方法方法方法 套用开口系能量方程套用开口系能量方程套用开口系能量方程套用开口系能量方程因因因因有有有有工质入口动能、位能忽略不计。工质入口动能、位能忽略不计。工质入口动能、位能忽略不计。工质入口动能、位能忽略不计。8.2 8.2 一个体积为一个体积为0.02m0.02m3 3的密闭容器中，盛有温度为的密闭容器中，盛有温度为1818、压力、压力 0.3MPa0.3MPa的一氧化碳。问在加入的一氧化碳。问在加入30kJ 30kJ 的热量后，其压力和的热量后，其压力和 温度将上升多少？温度将上升多少？解解 该过程为定容吸热过程，吸热量该过程为定容吸热过程，吸热量温度升高温度升高终态压力终态压力压力升高压力升高终态温度终态温度8.4 将初温为523K的理想气体到定温压缩到原来的1/2，需消 耗一定的功。试问：在多高的温度下，消耗同量的功而 能将气体可逆定温压缩到原来体积的1/4。解解 由已知可得由已知可得 当当终态温度终态温度可逆压缩耗功可逆压缩耗功时，有时，有pv1212 8.5 某理想气体在气缸内进行绝热膨胀，当体积变为原来的2倍 时，温度由40下降为36，同时气体对外作60kJ/kg。设比热容为定值，试求定压比热容和定容比热容。解解 此问题为闭口系内进行的定熵膨胀过程此问题为闭口系内进行的定熵膨胀过程因因由由能量方程为能量方程为得简化能量方程得简化能量方程或或定容比热容定容比热容整理出整理出定压比热容定压比热容习题习题8.138.13一绝热气缸。活塞移动无摩擦。一绝热气缸。活塞移动无摩擦。T T1z1z=300K,p=300K,p1z1z=0.2MPa,V=0.2MPa,V1z1z=0.001m=0.001m3 3,T T1y1y=300K,P=300K,P1y1y=0.1MPa,V=0.1MPa,V1y1y=0.001m=0.001m3 3。求求T T2 2,p,p2 2解解 该系统的能量方程为该系统的能量方程为终态温度终态温度因因终态压力终态压力气体总质量气体总质量右侧气体的质量右侧气体的质量左侧气体的质量左侧气体的质量熵的变化量熵的变化量