气体与蒸汽的性质-理想气体部分.ppt
第三章理想气体的性质,教学目标:使学生能结合工程实际，熟练应用理想气体状态方程，解决工程实际问题。知识点：理想气体（包括理想气体混合物）概念；理想气体状态方程；理想气体比热；混合气体性质，状态参数计算。重 点：理想气体状态方程的各种表述形式，利用状态方程及公式进行热力计算，理想气体比热的物理意义以及该参数在工程中的应用特点。难 点：理想气体状态方程在工程中的应用范围、特点，理想气体比热的计算公式。,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、计算机。理想气体是实际气体p0的极限情况。,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,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。,理想气体状态方程式,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【来历】,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,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,例3-1 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15MPa，试求瓶内氧气的质量是多少？设大气压力为 Pa。,例3-2 刚性容器中原先有压力为p1、温度为T1的一定质量的某种气体，已知其气体常数为R。后来加入了3kg的同种气体，压力变为p2、温度仍为T1。试确定容器的体积和原先的气体质量m1。,32 理想气体的比热容,1kg物质温度升高1K所需的热量称为比热容：,一、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=0.0224141 C,定压比热容：可逆定压过程的比热容,二、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：,三、定压比热容与定容比热容的关系,迈耶公式：,迈耶公式,注意其物理意义,比热比：,四、理想气体比热容的计算,1、真实比热容,将实验测得的不同气体的比热容随温度的变化关系，表达为多项式形式：,(比热容与绝对温度的关系),(比热容与摄氏温度的关系),2、平均比热容,(1)曲线关系,面积ABCDA,=面积1BC01-面积1AD01,=q02-q01,见附表5，比热容的起始温度同为0C，这时同一种气体的只取决于终态温度t,(2)直线关系,3、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：,34 理想气体的热力学能、焓、熵,一、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:,按气体热力性质表上所列的u和h计算；,热工计算中只要求确定过程中热力学能或焓值的变化量，因此可人为规定一基准态，在基准态上热力学能取为0，如理想气体通常取0K或0C时的焓值为0，如h0K=0，相应的u0K=0，这时任意温度T时的h、u实质上是从0K计起的相对值，即：,参见附表7，u可由u=h-pv求得。,二、状态参数熵(Entropy),熵的定义：,式中，下标“rev”表示可逆，T为工质的绝对温度。,三、理想气体的熵方程,1.以 为参数,2.以 为参数,3.以 为参数,理想气体熵方程：,微分形式：,积分形式：,理想气体熵方程是从可逆过程推导而来，但方程中只涉及状态量或状态量的增量，因此不可逆过程同样适用。,四、理想气体的熵变计算,1.按定比热容计算：,2.通过查表计算,根据下式计算:,谢谢,例3-1 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15MPa，试求瓶内氧气的质量是多少？设大气压力为 Pa。,解：,氧气：,例3-2 刚性容器中原先有压力为p1、温度为T1的一定质量的某种气体，已知其气体常数为R。后来加入了3kg的同种气体，压力变为p2、温度仍为T1。试确定容器的体积和原先的气体质量m1。,解：,
