第五章 理想气体的热力性质和热力过程 - 大连海事大学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 理想气体的热力性质和过程,第一节 理想气体的定义,第二节 理想气体的比热容,第三节 理想气体的热力学能、焓和熵,第四节 理想气体的热力过程,第五节 理想气体热力过程的图示综合分析,第一节 理想气体的定义,一、理想气体与实际气体,定义：,热力学中，把完全符合 及热力学能仅为温度的函数 的气体，称为,理想气体,；否则称为实际气体。,理想气体：,氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空气、,燃气、烟气,（在通常使用的温度、压力下）,实际气体：,氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气,二、理想气体状态方程,1,kg,气体,：,1,kmol,气体：,m kg,气体：,n,kmol,气体：,R,M,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,“通用气体常数”.,R,为,气体常数,与气体种类有关。,V,M,为,千摩尔体积,，单位是,在标准状态下(,T,n,=273.15K、,p,n,=0.101325MPa),1kmol,气体体积为：,例5-1,已知氧气瓶的容积 ，瓶内氧气温度为20，安装在瓶上的压力表指示的压力为15,Mpa,，,试求瓶内氧气的质量是多少？,解：,氧气：,例5-2,刚性容器中原先有压力为,p,1,、,温度为,T,1,的一定质量的某种气体，已知其气体常数为,R。,后来加入了3,kg,的同种气体，压力变为,p,2,、,温度仍为,T,1,。,试确定容器的体积和原先的气体质量,m,1,。,解：,第二节 理想气体的比热容,一、比热容及其分类,定义：,单位物量物体在准静态过程中温度升高1,K（,或1,C）,所需要的热量称为“比热容”。,千摩尔比热容：,质量比热容：,体积比热容：,三者的换算关系：,比定压(质量)热容：,比定容(质量)热容：,定容过程 和定压过程,理想气体,二、应用比热容计算热量的方法,1.曲线关系,面积,ABCDA,=,面积1,BC01-,面积1,AD01,c,t,0,1,2,A,B,D(t,1,),C(t,2,),c=a+,bt,+et,2,+,=,q,02,-,q,01,2.直线关系,3.定值比热容,单原子气体:,双原子气体：,三原子气体：,c,t,c=a+,bt,直线关系平均比热容见表5-2，,注意：,表中,t,用（,t,1,+t,2,）,代入,例4-3,试分别利用比热表5-1和比热表5-2，计算100,kg,空气在定压下从900加热到1300所需的热量，并进行比较。,解:,查表5-1,查表5-2,第三节 理想气体的热力学能、焓和熵,一、理想气体的热力学能和焓,p,v,T=,常数,s,T,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。,理想气体的等温线即为等热力学能线、等焓线。,2,p,2,p,P=,常数,1,1,2,v,2,v,v=,常数,2,2,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。,理想气体可逆过程,二、迈耶方程,迈耶方程：,或,比定压热容大于比定容热容,三、理想气体的熵,例5-5,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,，,体积为,，,膨胀终了的容积,。,。,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：,第四节 理想气体的热力过程,一、研究热力过程的目的和方法,目的：,揭示过程中工质状态参数的变化规律，以及该过程中热能与机械能之间的转换情况，进而找出影响它们转换的主要因素。,方法：,讨论理想气体的可逆过程,1.过程方程 ,一般写成 的形式)。,2.利用状态方程和过程方程推出初、终状态参数之间的关系式。,3.在,p-v,图和,T-s,图上表示出该过程曲线。,4.该过程热力学能、焓、熵的变化以及功和热量。,二、定容过程,1过程方程,2初、终状态参数关系,3,p-v,图及,T-s,图,p,v,1,2,2,T,s,2,1,2,曲线斜率,T,s,2,1,2,b,c,V,a,V,b,V,c,s,b,s,c,V,4、能量转换,1）过程功,2）热量,定容线向右水平移动时，比容增大,三、定压过程,1过程方程,2初、终状态参数关系,3,p-v,图及,T-s,图,p,v,T,s,2,1,2,曲线斜率,1,2,2,在,T-s,图上，同一温度下定容线比定压线的斜率大,T,s,2,1,2,b,c,p,a,p,b,p,c,s,b,s,c,p,4、能量转换,1）过程功,2）热量,定压线向左水平移动，压力增加,四、定温过程,1过程方程,2初、终状态参数关系,3,p-v,图及,T-s,图,p,v,1,2,2,6,5,4,3,1,2,2,3,4,T,s,曲线斜率,4、能量转换,1）过程功,2）热量,p,v,1,2,2,6,5,4,3,1,2,2,3,4,T,s,五、绝热过程,1过程方程,绝热指数，其数值随气体的种类和温度而变,对于空气和燃气，,2初、终状态参数关系,3,p-v,图及,T-s,图,定温,p,v,1,2,2,6,5,4,3,1,2,2,T,s,曲线斜率,在,P-v,图上，绝热线比定温线陡,4能量转换,1）过程功,2）热量,六、多变过程,1.过程方程：,分别为定容、定压、定温、绝热过程,称为,多变指数,2.初、终状态参数间的关系：,3.热力学能、焓、熵的变化,：,4.功、热量：,多变指数为,n,的多变过程，技术功是体积功的,n,倍,p,v,T,s,n,n,+,-,+,-,-,+,+,-,n=0,n=0,n=0,n=0,n=1,n=1,n=1,n=1,n=k,n=k,n=k,n=k,n,n,n,n,第五节 理想气体热力过程的图示综合分析,三条分界线：,定容线：,右侧，体积功为正；,左侧，体积功为负。,定温线：,上方，温度增加；,下方，温度降低。,绝热线：,右侧，吸热；,左侧，放热。,n,p,v,n,n,n,+,-,+,-,n=1,n=k,n=0,n=0,n=1,n=k,T,s,n,n,n=k,n=k,n=1,n=1,n=0,n=0,-,+,+,-,已知某一膨胀过程的,n,值为1,n0，u0,例5-5：,汽缸与活塞间封闭有1,kg,空气，经历一多变压缩过程，消耗压缩功300,kJ，,气体的比体积缩小为原来的1/7.5，压力增加到原来的9.3倍。已知该气体的,k=1.4,和,C,v,=0.716kJ/(,kgK,)。,试按定比热容计算过程的多变指数、气体被压缩的终温、气体热力学能和熵的变化量，以及过程中气体与外界交换的热量。,解：,1.计算多变指数,2.计算终温,3.计算气体热力学能和熵的变化量,4.计算气体与外界的热交换量,