理想气体的性质及状态方程和比热的计算方法.ppt

理想气体的性质及状态方程和比热的计算方法 本章基本要求 4掌握混合气体分压力 分容积的概念 1掌握理想气体状态方程的各种表述形式 并应用理想气体状态方程及理想气体定值比热进行各种热力计算 2掌握理想气体平均比热的概念和计算方法 3理解混合气体性质 本章重点 1理想气体的热力性质 2理想气体状态参数间的关系 3理想气体比热 2 1理想气体状态方程 一理想气体定义 忽略气体分子间相互作用力和分子本身体积影响 仅具有弹性质点的气体 注意 当实际气体p 0v 的极限状态时 气体为理想气体 二理想气体状态方程的导出 二 V nKmol气体容积m3 V 质量为mkg气体所占的容积 P 绝对压力Pa v 比容m3 kg T 热力学温度K 状态方程 VM 摩尔容积m3 kmol RM 通用气体常数 J kmol K 工程热力学的两大类工质 1 理想气体 idealgas 可用简单的式子描述如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气 空调中的湿空气等 2 实际气体 realgas 不能用简单的式子描述 真实工质火力发电的水和水蒸气 制冷空调中制冷工质等 状态方程的应用 1求平衡态下的参数 2两平衡状态间参数的计算 3标准状态与任意状态或密度间的换算 4求气体体积膨胀系数 体积为V的真空罐出现微小漏气 设漏气前罐内压力p为零 而漏入空气的流率与 p0 p 成正比 比例常数为 p0为大气压力 由于漏气过程十分缓慢 可以认为罐内 外温度始终保持T0不变 试推导罐内压力p的表达式 例2 容器内盛有一定量的理想气体 如果将气体放出一部分后达到了新的平衡状态 问放气前 后两个平衡状态之间参数能否按状态方程表示为下列形式 a b 题解 解 放气前 后两个平衡状态之间参数能按方程式 a 形式描述 不能用方程式 b 描述 因为容器中所盛有一定量的理想气体当将气体放出一部分后 其前 后质量发生了变化根据 而可证 解 例1 例题1 解 由题设条件已知 漏入空气的流率 罐内的状态方程 dV 0 dT 0 积分 P由0到p 得 或 或 计算时注意事项 1 绝对压力 2 温度单位K 3 统一单位 最好均用国际单位 Rm与R的区别 Rm 通用气体常数 与气体种类无关 R 气体常数 随气体种类变化 M 摩尔质量 例如 但是 当实际气体p很小 V很大 T不太低时 即处于远离液态的稀薄状态时 可视为理想气体 哪些气体可当作理想气体 T 常温 p 7MPa的双原子分子 理想气体 O2 N2 Air CO H2 如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等 三原子分子 H2O CO2 一般不能当作理想气体 特殊 如空调的湿空气 高温烟气的CO2 可以 2 2理想气体的比热 计算内能 焓 热量都要用到比热 定义 比热 单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量 c 质量比热容 Mc 摩尔比热容 C 容积比热容 C Mc 22 414C T s 1 2 1K 比热容是过程量还是状态量 c1 c2 用的最多的某些特定过程的比热容 定容比热容 定压比热容 定容比热容cv 任意准静态过程 u是状态量 设 定容 物理意义 v时1kg工质升高1K内能的增加量 定压比热容cp 任意准静态过程 h是状态量 设 定压 物理意义 p时1kg工质升高1K焓的增加量 cv和cp的说明 1 cv和cp 过程已定 可当作状态量 2 前面的推导没有用到理想气体性质 所以 适用于任何气体 3 梅耶公式 定值 真实 平均比热 定值比热 凡分子中原子数目相同因而其运动自由度也相同的气体 它们的摩尔比热值都相等 称为定值比热 真实比热 相应于每一温度下的比热值称为气体的真实比热 平均比热 比热与温度的函数关系 2 3混合气体的性质 混合气体的分压力 维持混合气体的温度和容积不变时 各组成气体所具有的压力 道尔顿分压定律 维持混合气体的温度和压力不变时 各组成气体所具有的容积 阿密盖特分容积定律 混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和 即 混合气体的分容积 有关定义 质量成分定义式 容积成分定义式 摩尔成分定义式 某组元气体的质量 混合气体总质量 某组元气体的容积 混合气体总容积 组元气体的摩尔数 混合气体总摩尔数 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