理想气体的内能、焓、比热容、熵.ppt
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1、第三章第三章 理想气体的内能、焓、比热容、熵理想气体的内能、焓、比热容、熵(internal energy internal energy、enthalpyenthalpy、specific heat specific heat、entropyentropy of ideal gas)of ideal gas)焦尔实验装置:两个有阀门相焦尔实验装置:两个有阀门相连的金属容器,放置于一个有绝热连的金属容器,放置于一个有绝热壁的水槽中,两容器可以通过其金壁的水槽中,两容器可以通过其金属壁和水实现热交换。属壁和水实现热交换。测量结果:空气自由膨胀前后的温度相同。不同压力,测量结果:空气自由膨胀前后的
2、温度相同。不同压力,重复实验,结果相同。重复实验,结果相同。实验结论:实验结论:u=f(T)热力学能仅仅是温度的单值函数热力学能仅仅是温度的单值函数。3.1 理想气体的热力学能和焓理想气体的热力学能和焓由于焓由于焓:(ideal gas)ideal gas)即:即:h=f(T)焓也仅仅是温度的单值函数。焓也仅仅是温度的单值函数。1 1n n3.1.1 比热容比热容(specific heatspecific heat)的定义及单位的定义及单位n n定义:单位质量的物质温度升高定义:单位质量的物质温度升高1 1K K所需要的热所需要的热量,称为量,称为质量比热容质量比热容c c (kJ/kg.K
3、)(kJ/kg.K)。单位摩尔数的物质温度升高单位摩尔数的物质温度升高1 1K K所需要的所需要的热量,称为热量,称为摩尔比热容摩尔比热容C Cm m (kJ/(kJ/kmolkmol.K).K)定容比热定容比热(specific heat at constant volume)specific heat at constant volume):定压比热定压比热(specific heat at constant pressure)specific heat at constant pressure):2 2n n对于实际气体可逆过程对于实际气体可逆过程(reversible process
4、reversible process)n n对定容过程对定容过程dv=0n n同样用同样用 可得定压过程可得定压过程dp=0:3 3理想气体内能变化(理想气体内能变化(u)的计算:的计算:按定容过程按定容过程(constant volume process):理想气体理想气体焓变化焓变化(h)的计算:的计算:按定压过程按定压过程(constant pressure process):n n注意:以上结论对理想气体可用于任意过程注意:以上结论对理想气体可用于任意过程4 43.1.2 理想气体的内能和焓理想气体的内能和焓 (internal energy and enthalpy of ideal
5、 gas internal energy and enthalpy of ideal gas)5 5 迈耶公式:迈耶公式:(meyersmeyers formula)formula)比热比比热比:(specific heat ratio)specific heat ratio)代入迈耶公式:代入迈耶公式:6 63.2 理想气体的比热容理想气体的比热容 (specific heat of ideal gas)specific heat of ideal gas)n n3.2.1 经验公式经验公式(empirical formula)empirical formula):352页附表页附表2 求真
6、实比热容求真实比热容(true specific heat)true specific heat)7 7n n3.2.2 平均比热容平均比热容(mean specific heat):mean specific heat):64页表页表3-1、3-2n n3.2.3 定值比热容定值比热容 (constant constant specific heat):specific heat):352页附表页附表18 83.3 理想气体的熵理想气体的熵(entropy of ideal gas entropy of ideal gas)熵的定义:熵的定义:或:或:或:或:对可逆过程对可逆过程(rever
7、sible processreversible process)因此有:因此有:9 9由:由:由:由:以及:以及:以及:以及:对微元过程对微元过程(insensible insensible processprocess ):取对数后取对数后取对数后取对数后再微分再微分再微分再微分1010n n熵是一个熵是一个熵是一个熵是一个状态参数状态参数(parameters of thermodynamic stateparameters of thermodynamic stateparameters of thermodynamic stateparameters of thermodynamic
8、state)n适用范围:理想气体定比热工质的任意过程适用范围:理想气体定比热工质的任意过程,1 1、2 2状状状状态为平衡状态。态为平衡状态。态为平衡状态。态为平衡状态。1 12 2a ab bT Ts0 01111 标准状态熵:标准状态熵:标准状态熵:标准状态熵:当温度变化较大以及计算精度要求较高时,当温度变化较大以及计算精度要求较高时,当温度变化较大以及计算精度要求较高时,当温度变化较大以及计算精度要求较高时,可用标准状态熵来计算过程的熵变。可用标准状态熵来计算过程的熵变。可用标准状态熵来计算过程的熵变。可用标准状态熵来计算过程的熵变。定义:定义:定义:定义:依理想气体熵变的计算式,有:依
9、理想气体熵变的计算式,有:依理想气体熵变的计算式,有:依理想气体熵变的计算式,有:1212按标准状态熵的定义,则有:按标准状态熵的定义,则有:1313理想气体的内能、焓、熵计算小结理想气体的内能、焓、熵计算小结1414作业作业n n37n n39n n31315153.4 3.4 理想气体混合物理想气体混合物(ideal gas mixture)ideal gas mixture)ideal gas mixture)ideal gas mixture)理想气体混合物也遵守理想气体状态方程式:理想气体混合物也遵守理想气体状态方程式:理想气体混合物也遵守理想气体状态方程式:理想气体混合物也遵守理想
10、气体状态方程式:混合物的质量等于各组成气体质量之和:混合物的质量等于各组成气体质量之和:混合物的质量等于各组成气体质量之和:混合物的质量等于各组成气体质量之和:混合物物质的量等于各组成气体物质的量之和:混合物物质的量等于各组成气体物质的量之和:混合物物质的量等于各组成气体物质的量之和:混合物物质的量等于各组成气体物质的量之和:由由由由相相相相互互互互不不不不发发发发生生生生化化化化学学学学反反反反应应应应的的的的理理理理想想想想气气气气体体体体组组组组成成成成混混混混合合合合气气气气体体体体,其其其其中中中中每每每每一一一一组组组组元元元元的的的的性性性性质质质质如如如如同同同同它它它它们们们
11、们单单单单独独独独存存存存在在在在一一一一样样样样,因因因因此此此此整整整整个个个个混混混混合合合合气气气气体体体体也也也也具具具具有有有有理理理理想想想想气气气气体体体体的的的的性性性性质质质质。混合气体的性质取决于各组元的性质与份额。混合气体的性质取决于各组元的性质与份额。混合气体的性质取决于各组元的性质与份额。混合气体的性质取决于各组元的性质与份额。16163.4.1 3.4.1 分压力和分容积分压力和分容积(partial pressure and partial volume)分压力分压力(partial pressure)混合物中的某种组成气体单独占有混合物中的某种组成气体单独占有
12、混合物的容积并具有与混合物相同的温度时的压力。混合物的容积并具有与混合物相同的温度时的压力。则第则第i种气体的分压力可表示为种气体的分压力可表示为:于是,各组成气体分压力的总和为:于是,各组成气体分压力的总和为:即即:道尔顿定律道尔顿定律理想气体混合物的压力等于各组成气体分压力之和理想气体混合物的压力等于各组成气体分压力之和pV,TV,TV,TV,Tp1pnp2pVpV=nRTnRT(daltondaltons laws law)1717 分容积分容积分容积分容积(partial volume)混合物中的某种组成气体具有与混合混合物中的某种组成气体具有与混合混合物中的某种组成气体具有与混合混合
13、物中的某种组成气体具有与混合物相同的温度和压力而单独存在时所占有的容积。物相同的温度和压力而单独存在时所占有的容积。物相同的温度和压力而单独存在时所占有的容积。物相同的温度和压力而单独存在时所占有的容积。则第则第则第则第i i种气体的分容积可表示为:种气体的分容积可表示为:种气体的分容积可表示为:种气体的分容积可表示为:于是,各组成气体分压力的总和为:于是,各组成气体分压力的总和为:于是,各组成气体分压力的总和为:于是,各组成气体分压力的总和为:即即即即:亚美格定律亚美格定律亚美格定律亚美格定律理想气体混合物的容积等于各组成气体分容积之和理想气体混合物的容积等于各组成气体分容积之和理想气体混合
14、物的容积等于各组成气体分容积之和理想气体混合物的容积等于各组成气体分容积之和V Vp,Tp,TV V1 1V Vn nV V2 2p,Tp,Tp,Tp,Tp,Tp,TpV=nRT(amagat amagat s laws law)1818 对某一组成气体对某一组成气体i,按分压力及分容积分别列出按分压力及分容积分别列出其状态方程式,则有其状态方程式,则有:对比二式,有:对比二式,有:即组成气体的分压力与混合物压力之比,等于组即组成气体的分压力与混合物压力之比,等于组成气体的分容积与混合物容积之比。成气体的分容积与混合物容积之比。19193.4.2 混合物的组成混合物的组成(mixture co
15、mponentmixture component):):):):一般用组成气体的含量与混合物总量的比值一般用组成气体的含量与混合物总量的比值一般用组成气体的含量与混合物总量的比值一般用组成气体的含量与混合物总量的比值来表示混合物的组成。来表示混合物的组成。来表示混合物的组成。来表示混合物的组成。质量分数质量分数质量分数质量分数(mass fractionmass fraction):):):):摩尔分数摩尔分数摩尔分数摩尔分数(mole fractionmole fraction):):):):容积分数容积分数容积分数容积分数(volume volume fractionfraction):)
16、:):):显然显然显然显然2020混合物组成气体分数各种表示法之间的关系:混合物组成气体分数各种表示法之间的关系:由由由由由由由由由由由由得得得得得得得得得得得得21213.4.3 3.4.3 混合物的密度、摩尔质量及折合气体常数混合物的密度、摩尔质量及折合气体常数混合物的密度、摩尔质量及折合气体常数混合物的密度、摩尔质量及折合气体常数由密度的定义,混合物的密度为:由密度的定义,混合物的密度为:由密度的定义,混合物的密度为:由密度的定义,混合物的密度为:即得:即得:即得:即得:由:由:由:由:又得:又得:又得:又得:2222由摩尔质量的定义,混合物的摩尔质量为:由摩尔质量的定义,混合物的摩尔质
17、量为:即得:即得:由:由:又得:又得:2323混合物的折合气体常数为:混合物的折合气体常数为:即得:即得:和:和:以上二式还可写为:以上二式还可写为:24243.4.4 理想气体混合物的热力学能及焓理想气体混合物的热力学能及焓混合物的热力学能等于组成气体热力学能之和混合物的热力学能等于组成气体热力学能之和混合物的热力学能等于组成气体热力学能之和混合物的热力学能等于组成气体热力学能之和,即即即即由由由由:得得得得:由焓的定义和亚美格定律,理想气体混合物的焓表示为:由焓的定义和亚美格定律,理想气体混合物的焓表示为:由焓的定义和亚美格定律,理想气体混合物的焓表示为:由焓的定义和亚美格定律,理想气体混
18、合物的焓表示为:即有即有即有即有:25253.4.5 理想气体混合物的比热容理想气体混合物的比热容由比热力学能与比热容之间的关系由比热力学能与比热容之间的关系由比热力学能与比热容之间的关系由比热力学能与比热容之间的关系可得:可得:可得:可得:由比焓与比热容之间的关系可得:由比焓与比热容之间的关系可得:由比焓与比热容之间的关系可得:由比焓与比热容之间的关系可得:2626同样可得:同样可得:同样可得:同样可得:摩尔比热容摩尔比热容摩尔比热容摩尔比热容 由公式由公式由公式由公式以及以及以及以及可得可得可得可得将将将将代入上式,即有代入上式,即有代入上式,即有代入上式,即有2727作业作业n n316
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