理想气体的热力性质及过程优秀PPT.ppt
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1、理想气体的热力性质及过程你现在浏览的是第一页,共70页第一节第一节 理想气体及其状态方程式理想气体及其状态方程式1、理想气体定义、理想气体定义忽忽略略气气体体分分子子间间相相互互作作用用力力和和分分子子本本身身体体积积影影响响,仅仅具具有有弹弹性质点的气体性质点的气体,称为理想气体。,称为理想气体。注意:当注意:当实际气体实际气体p0 v极限状态时极限状态时,气体为理想气体。,气体为理想气体。理想气体分子模型理想气体分子模型 气体分子之间的平均距离相当大,分子体积与气体所占气体分子之间的平均距离相当大,分子体积与气体所占有的总体积相比可忽略不计;且:有的总体积相比可忽略不计;且:(1)分子之间
2、)分子之间无作用力无作用力;(2)分子之间以及分子与容器壁之间的碰撞为分子之间以及分子与容器壁之间的碰撞为弹性碰撞弹性碰撞你现在浏览的是第二页,共70页第一节第一节 理想气体及其状态方程式理想气体及其状态方程式哪些气体可以当作理想气体哪些气体可以当作理想气体 常常T,P条件下,条件下,大多数气体(如氢气、氧气、二氧化大多数气体(如氢气、氧气、二氧化碳、空气、烟气、燃气等碳、空气、烟气、燃气等)误)误差不超过差不超过5%。2.理想气体状态方程式理想气体状态方程式式中式中 R 为气体常数,单位:为气体常数,单位:J/(kmolK)你现在浏览的是第三页,共70页第一节第一节 理想气体及其状态方程式理
3、想气体及其状态方程式在标准状态(在标准状态(P0=1.01325105Pa,T0=273.15K)下,任何气体)下,任何气体的摩尔容积的摩尔容积V0=22.4135Nm3/kmol,则,则R为为注注:Rg只与只与气体性质有关,与状态无关气体性质有关,与状态无关;R 则与二者都无关。则与二者都无关。你现在浏览的是第四页,共70页第一节第一节 理想气体及其状态方程式理想气体及其状态方程式工程热力学的两大类工质工程热力学的两大类工质理想气体(理想气体(ideal gas)可用可用简单的式子描述简单的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以如汽车发动机和航空发动机以空气空气为主的为主的燃气燃气、空调、空调
4、中的中的湿空气湿空气等。等。实际气体(实际气体(real gas)不能不能用简单的式子描述,用简单的式子描述,真实工质真实工质 火力发电的火力发电的水和水蒸气水和水蒸气、制冷空调中、制冷空调中制冷工质等。制冷工质等。你现在浏览的是第五页,共70页第一节第一节 理想气体及其状态方程式理想气体及其状态方程式状态方程的应用状态方程的应用 求求平衡态下平衡态下的参数的参数两平衡状态两平衡状态间参数的计算间参数的计算标准状态与标准状态与任意状态或密度间任意状态或密度间的换算的换算求气体求气体体积膨胀系数体积膨胀系数例例3.1:解:解你现在浏览的是第六页,共70页第一节第一节 理想气体及其状态方程式理想气
5、体及其状态方程式讨论:讨论:状态方程是反映平衡状态下状态参数之间数量关系的方状态方程是反映平衡状态下状态参数之间数量关系的方程,只能用于程,只能用于平衡状态平衡状态,不能用于,不能用于过程计算过程计算;利用状态方程可以方便地进行不同状态间体积的换算,工利用状态方程可以方便地进行不同状态间体积的换算,工程上常需要将程上常需要将“标准体积标准体积”换算成换算成“实际体积实际体积”状态方程中必须代入状态方程中必须代入绝对温度和绝对压力计算绝对温度和绝对压力计算,而且要注意,而且要注意各参数的单位,温度单位为各参数的单位,温度单位为K,统一单位,最好用,统一单位,最好用国际单位国际单位。你现在浏览的是
6、第七页,共70页第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容1、比热容比热容物体温度物体温度升高升高1K所所吸收的热量吸收的热量称为称为热容。热容。单位质量单位质量的物体温度升高(或降低)的物体温度升高(或降低)1所吸收(或放出)所吸收(或放出)的热量称为(质量)的热量称为(质量)比热容比热容。c:质量比热容质量比热容 C:摩尔比热容摩尔比热容 C/:容积比热容容积比热容 你现在浏览的是第八页,共70页第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容2、定容比热容和定压比热容、定容比热容和定压比热容由热力学第一定律,对于可逆过程有:由热力学第一定律,对于可逆过程有:如果系统经历一个如果系统经历
7、一个定容过程定容过程,即,即dv=0,则:,则:定容比热容定容比热容cv的表达式的表达式你现在浏览的是第九页,共70页第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容如果系统经历一个定压过程如果系统经历一个定压过程因为因为p=const,所以,所以,dp=0,由理想气体状态方程,由理想气体状态方程迈耶尔迈耶尔公式公式两边同乘以两边同乘以M时,可得时,可得你现在浏览的是第十页,共70页第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容讨论:讨论:气体常数气体常数 可视为可视为1Kg理想气体在定压过程中温度升理想气体在定压过程中温度升高高1K时对外所做的功。时对外所做的功。热工计算中,定压比热容与定容比
8、热容的比值称为热工计算中,定压比热容与定容比热容的比值称为比热容比比热容比,理想气体的比热容比等于理想气体的比热容比等于绝热指数绝热指数,用符号,用符号k表示,即:表示,即:你现在浏览的是第十一页,共70页第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容对于固体和液体,是不可压缩物质,则对于固体和液体,是不可压缩物质,则当温度降到绝对零度时,则当温度降到绝对零度时,则你现在浏览的是第十二页,共70页第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容3、真实比热容、平均比热容和定值比热容真实比热容、平均比热容和定值比热容(1)真实比热容)真实比热容理想气体的比热容是温度的复杂函数,工程上称之为理想气体
9、的比热容是温度的复杂函数,工程上称之为真实真实比热容比热容。由。由大量实验确定大量实验确定。工程应用时一般将其工程应用时一般将其整理成以下拟合关系整理成以下拟合关系:定压过程:定压过程:你现在浏览的是第十三页,共70页第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容(2)平均比热容)平均比热容其中:其中:所以:所以:你现在浏览的是第十四页,共70页第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容(2)定值比热容)定值比热容在气体温度较低且温度变化范围不大时,或计算精度要求在气体温度较低且温度变化范围不大时,或计算精度要求不高时,可将比热容处理成常数,称为定值比热容。理想不高时,可将比热容处理成常数
10、,称为定值比热容。理想气体分子中原子数相同的气体,其摩尔比热容都相等且为气体分子中原子数相同的气体,其摩尔比热容都相等且为定值定值.比热容比热容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Cv(cv)Cp(cp)k1.671.41.29你现在浏览的是第十五页,共70页第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容例例3.2 解:解:你现在浏览的是第十六页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵由第三章第二节中导出的公式,可得到热力学能增量计算由第三章第二节中导出的公式,可得到热力学能增量计算公式为:公式为:1、热力学能、热力学能对对12过程:
11、过程:如果取定值比热容或平均比热容,则:如果取定值比热容或平均比热容,则:你现在浏览的是第十七页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵2、焓焓由焓的定义式:由焓的定义式:对理想气体,有:对理想气体,有:对对12过程:过程:如果取定值比热容或平均比热容,则:如果取定值比热容或平均比热容,则:你现在浏览的是第十八页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵3、熵熵对闭口系统:对闭口系统:12过程过程你现在浏览的是第十九页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵对稳流系统对稳流系统12过程过程
12、你现在浏览的是第二十页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵如果取如果取定值比热容或平均比热容定值比热容或平均比热容,则:,则:你现在浏览的是第二十一页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵利用理想气体状态方程,还可以推得:利用理想气体状态方程,还可以推得:你现在浏览的是第二十二页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵12过程过程如果取如果取定值比热容或平均比热容定值比热容或平均比热容,则:,则:以上所有公式的使用条件以上所有公式的使用条件:理想气体,任何过程。:理想气体,任何过程
13、。对固体或液体,由于其容积变化很小,一般对固体或液体,由于其容积变化很小,一般c v=cp=c你现在浏览的是第二十三页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵若取定值比热容,则:若取定值比热容,则:例例3.3 解:解:你现在浏览的是第二十四页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵解解(1)销钉拔走后,活塞在压差下自由移动,不满足可)销钉拔走后,活塞在压差下自由移动,不满足可逆过程无势差损失的条件(即逆过程无势差损失的条件(即pin=pout),故该过程不可逆。),故该过程不可逆。(2)取整个气缸为闭口绝热系,由题意知:)
14、取整个气缸为闭口绝热系,由题意知:Q=0,W=0由热力学第一定律:由热力学第一定律:Q=U+W,U=0,即即 UA+UB=0因活塞为热的良导体,所以达到平衡时两侧的温度、压因活塞为热的良导体,所以达到平衡时两侧的温度、压力均相等,即:力均相等,即:PA2=PB2=P2,TA2=TB2=T2 已知:已知:A、B为同种气体,且为同种气体,且TA1=TB1=30;mA=mB=m=0.5kg 例例3.4你现在浏览的是第二十五页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵由由:UA=UB=0则则 2mCv(T2-T1)=0T2=T1=30总容积不变,再根据理想气体状态方程
15、:总容积不变,再根据理想气体状态方程:pV=mRgT将将PA1=0.4MPa,pB1=0.12MPa及及T2=T1代入上式,得代入上式,得P2=0.1846MPa(3)利用理想气体熵变的计算公式)利用理想气体熵变的计算公式你现在浏览的是第二十六页,共70页第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵由于由于Rg0,所以整个系统的熵变大于,所以整个系统的熵变大于0讨论:讨论:如活塞在某种势差下运动至平衡状态,或是气体中插有一隔如活塞在某种势差下运动至平衡状态,或是气体中插有一隔板,抽去隔板两侧板,抽去隔板两侧气体绝热混合气体绝热混合等过程,均可选取等过程,均可选取整个气缸整
16、个气缸为系统为系统,根据,根据闭口系统能量方程闭口系统能量方程可得可得U0,从而求得终,从而求得终态温度。态温度。可逆绝热过程是等熵过程可逆绝热过程是等熵过程,即熵变为,即熵变为0,得用绝热系统,得用绝热系统熵熵变大于变大于0,来证明系统中的过程是为不可逆的,来证明系统中的过程是为不可逆的。你现在浏览的是第二十七页,共70页第四节第四节 理想气体混合物理想气体混合物1、混合气体的分压力和分容积、混合气体的分压力和分容积理想混合物特征:混合物是由理想混合物特征:混合物是由各种单一的理想气体机械混合各种单一的理想气体机械混合而成而成,混合后的气体符合,混合后的气体符合理想气体分子模型理想气体分子模
17、型。组成混合物的。组成混合物的各种单一气体称为各种单一气体称为组分或组元组分或组元。机械混合机械混合是指组分之间是指组分之间 不发生化学反应。不发生化学反应。道尔顿分压定律道尔顿分压定律 混合气体的混合气体的总压力总压力等于等于各组分气体分压力的总和各组分气体分压力的总和,即:,即:你现在浏览的是第二十八页,共70页第四节第四节 理想气体混合物理想气体混合物亚美格分容积定律亚美格分容积定律 混合气体的混合气体的总容积总容积等于等于各组分气体分容积的总和各组分气体分容积的总和,即:,即:PiV=niRTpVi=niRT道尔顿定律和亚美格定律只适用于理想气体,他们反映了混合物道尔顿定律和亚美格定律
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