工程热力学第5章气体的热力性质.ppt

第五章 气体的热力性质 本章基本要求 v1 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 v2掌握理想气体平均比热的概念和计算方法 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 5.1 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p0 v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 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/kmolK； 理想气体状态方程 1、状态方程式反映平衡状态参数之间数量关 系的方程，它只用于平衡状态，不能用于过程 计算。 2、必须采用绝对温度和绝对压力，而不能有 摄氏温度和表压力。 3、各物理量的单位必须与通用气体常数协调 一致。 工程热力学的两大类工质 1、理想气体（ ideal gas） 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（ real gas） 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（p0p）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 微分 （2 ） （1 ） 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，p7MPa 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 5-2 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 标准状态 T s (1) (2 ) 1K 比热容是过程量还是状态量 ? c1c2 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： ， ， 比热比： 定值、真实、平均比热 定值比热定值比热：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。 比热与温度的函数关系: 平均比热容 表示两温度间隔内比 热容的积分平均值 理想气体的热力学能，焓和熵 理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数 熵： 已知(T,P ) 已知（T,V ） 已知（P,V ） 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