动力热力学第03章理想气体的性质.ppt

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1、第三章第三章 理想气体的性质理想气体的性质 (properties of ideal gas)(properties of ideal gas)热力学内容热力学内容热力学内容热力学内容基本概念和定律基本概念和定律基本概念和定律基本概念和定律工质热力性质工质热力性质工质热力性质工质热力性质理想气体理想气体理想气体理想气体实际气体实际气体实际气体实际气体状态方程状态方程状态方程状态方程比热比热比热比热内能、焓和内能、焓和内能、焓和内能、焓和熵的计算熵的计算熵的计算熵的计算过程和循环过程和循环过程和循环过程和循环3-1 理想气体的概念理想气体的概念理想气体的基本假设理想气体的基本假设理想气体的基本假

2、设理想气体的基本假设微观上：微观上：微观上：微观上：分子为不占体积的弹性球体（质点）；分子为不占体积的弹性球体（质点）；分子为不占体积的弹性球体（质点）；分子为不占体积的弹性球体（质点）；除碰撞外分子间无作用力。除碰撞外分子间无作用力。除碰撞外分子间无作用力。除碰撞外分子间无作用力。U=U(T)U=U(T)宏观上：满足宏观上：满足宏观上：满足宏观上：满足 pv=RgT pv=RgT实际气体可以近似看作理想气体的条件：实际气体可以近似看作理想气体的条件：实际气体可以近似看作理想气体的条件：实际气体可以近似看作理想气体的条件：通常压力下，当通常压力下，当通常压力下，当通常压力下，当T(2.5-3)

3、TcrT(2.5-3)Tcr时，一般可看作理想气体。时，一般可看作理想气体。时，一般可看作理想气体。时，一般可看作理想气体。理想气体是实际气体在理想气体是实际气体在理想气体是实际气体在理想气体是实际气体在低压高温低压高温低压高温低压高温时的抽象。时的抽象。时的抽象。时的抽象。3-2 理想气体状态方程理想气体状态方程(ideal-gas equation)Pam3kg K气体常数：J/(kg.K)R=MRg=8.3145J/(mol.K)M摩尔质量摩尔质量(kg/mol)例题第三章A411133.ppt例题第三章A410144.doc讨论题理想气体状态方程式.ppt 3-3理想气体的比热理想气体

4、的比热一、定义和基本关系式定义：c与过程特性有关c是温度的函数根据物质量多少的不同，有以下三种形式：c可有正有负1.质量比热容c物质量为1kg，比热为单位（J/kgK），2.摩尔热容3.体积比热容单位为标准立方米：标准状况(1atm,0)下1立方米容积内气体量。注意：不是标况时，1标准立方米的气体量不变，但体积变化。单位（J/molK）三种比热的关系：定压热容（比定压热容）(constantpressurespecificheatcapacityperunitofmass)定容热容（比定容热容）(constantvolumespecificheatcapacityperunitofmass)按

5、过程及1、一般表达式代入（A）式得比热容的一般表达式Lead铅Copper铜Iron铁定容过程dv=0若为理想气体是温度的函数2.3.据一般表达式若为理想气体cp是温度函数4.cp-cV迈耶公式（Mayersformula）理想气体可逆绝热过程的绝热指数k=5.讨论a)cp与cV均为温度函数,但cpcV恒为常数：Rgb)(理想气体)cp恒大于cv物理解释:定容定压b与c温度相同,均为(T+1)K而0c)气体常数Rg的物理意义由b)Rg是1kg某种理想气体定压升高1k对外作的功。二、用比热计算热量原理:1.定值比热容(invariablespecificheatcapacity)据气体分子运动理

6、论，可导出对cn作不同的技术处理可得精度不同的热量计算方法:单原子气体i=3双原子气体i=5多原子气体i=6多原子误差更大工程上，建议参照附表3提供的常用气体在各种温度下的比热容值2.利用真实比热容(truespecificheatcapacity)积分附表附表4.doc比热多项式：3.利用平均比热容表(meanspecificheatcapacity)T1,T2均为变量,制表太繁复=面积amoda-面积bnodb而由此可制作出平均比热容表附表附表5.doc附:线性插值4.平均比热直线式令cn=a+bt,则即为区间的平均比热直线式t的系数已除过2注意:附表附表6.doc三种方法的比较：定值最简

7、单(估算)精度低平均简单(手算)精确多项式复杂(适合电算)精确哪种最好？权衡本课练习中，一般用定值3-4理想气体的热力学能、焓和熵一.理想气体的热力学能和焓1.理想气体热力学能和焓仅是温度的函数b)a)因理想气体分子间无作用力因此，热力学能和焓共有四种处理方法。讨论讨论:如图:00若为任意工质对于理想气体一切同温限之间的过程u及h相同,且均可用cVT及cpT计算;对于实际气体u及h不仅与T有关,还与过程有关且只有定容过程u=cVT,定压过程h=cpT。2.热力学能和焓零点的规定可任取参考点,令其热力学能为零,但通常取0K。附表附表7.doc 例题第三章A413265.ppt例题第三章A4132

8、77.doc3.利用气体热力性质表计算热量据例题第三章A411197.ppt附表附表7.doc二、状态参数熵（entropy）及理想气体熵变的计算1.定义2.理想气体的熵是状态参数式中：强调可逆过程中的吸热量（q）rev；非可逆过程 dsq/T定比热s=s(T,v)s=s(T,p)s=s(p,v)3.零点规定:通常取基准状态（1atm，0K）下气体的熵为零例题第三章A910133.ppt4.理想气体变比热熵差计算令则制成表则例题第三章A4111551.ppt例题第三章A4111552.ppt精确计算时，不用平均比热和多项式，而作如下处理：三、T-s坐标图Ts4312平衡态可逆过程点曲线q1-2

9、=面积12341=吸热q0,dso；放热q=0，ds=0；放热q0,ds0.3-6理想混合气体混合气体：两种以上单一气体混合形成的气体。理想混合气体：每种组成气体都是理想气体，混合气也是理想气体。可见：每种组成气体混合气体满足规律：理想混合气体的各组成气体之间互不影响。各组成气体在混合气中的性质，与它们单独存在时的性质相同。成立如下关系：混合气体可作为某种假想气体，其质量和分子数与组分气体质量之和及分子数之和相同；即理想气体混合物可作为Rg混和M混的“某种”理想气体。(reducedgasconstantofamixture)(reducedmolarmassofamixture)二、混合气体

10、的分压力定律和分容积定律1.分压力定律(Daltonlawofpartialpressure)分压力组分气体处在与混合气体相同容积、相同温度单独对壁面的作用力。2、分容积定律(lawofpartialvolume)分容积组分气体处在与混合气体同温同压状况下单独占有的体积。亚美定律三、混合气体成分2.体积分数(volumefractionofamixture)3.摩尔分数(molefractionofamixture)1.质量分数(massfractionofamixture)4.各成分之间的关系6.利用混合物成分求M混和Rg混a)已知质量分数b)已知摩尔分数例题第三章A411143.ppt例题第三章A711143.ppt四、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵a.比热容b.热力学能c.焓d.熵以上参数与分压力无关(注意)例3-7（P74）1.用状态方程求质量；2.混合前，两种气体单独存在混合后，是混合气体3.用分压力定义也可以作业：3-1，4，7，8，13，16，18.