第二章-气体的热力性质.ppt

1 第二章气体的热力性质 目录 第一节理想气体与实际气体第二节理想气体比热容第三节混合气体的性质 本章基本要求 掌握混合气体分压力 分容积的概念 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 掌握理想气体平均比热的概念和计算方法 理解混合气体性质 3 本章重点 理想气体的热力性质 理想气体状态参数间的关系 理想气体比热 4 2 1理想气体与实际气体 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p 0v 的极限状态时 气体为理想气体 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 kmol K 二 理想气体状态方程的导出 5 工程热力学的两大类工质 1 理想气体 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 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 6 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 7 例1 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 p0 p 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 题解 8 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 或 或 9 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 10 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 11 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 p 7MPa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 12 2 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 13 T s 1 2 1K 比热容是过程量还是状态量 c1 c2 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 14 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 15 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 16 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 17 定值 真实 平均比热 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 相应于每一温度下的比热值称为气体的真实比热 平均比热 比热与温度的函数关系 18 例 用三种方法计算热量 1kg空气从0 1MPa 100 变化到0 5MPa 1000 求 解 空气 压力不太高 作理想气体处理 19 a 取定值比热容 20 b 取平均比热表查表2 4 21 C 气体热力性质表附表7 22 讨论 定比热 u 646 2kJkg h 904 5kJ kg 平均比热表 u 732 1kJ kg h 990 4kJkg 气体热力性质表 u 732 0kJ kg h 990 3kJ kg 1 定比热误差较大 2 上述计算与压力变化无关 23 本例中虽然给出了初态和终态的压力 但在解题过程没有涉及压力 因为理想气体的焓和热力学能只与温度有关 不论什么过程 只要初 终态温度相等 它们的焓变及热力学能变分别相等 但是对于实际气体而言 只有定容过程的才等于定容过程的热量 只有定压过程的才等于定压过程的热量 其它过程的不等于 其它过程的也不等 说明 24 2 3混合气体的性质 混合气体的分压力 维持混合气体的温度和容积不变时 各组成气体所具有的压力 道尔顿分压定律 维持混合气体的温度和压力不变时 各组成气体所具有的容积 阿密盖特分容积定律 混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和 即 混合气体的分容积 25 有关概念 质量成分定义式 容积成分定义式 摩尔成分定义式 某组元气体的质量 混合气体总质量 某组元气体的容积 混合气体总容积 组元气体的摩尔数 混合气体总摩尔数 26 典型例题 已知组元气体常数分别为Rg1和Rg2的二元理想混合气体在温度T 压力p时的密度 试确定该混合气体的质量分数wi 解 27 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 要熟练地掌握和运用这些方法 必须多加练习才能达到目的 1 运用理想气体状态方程确定气体的数量和体积等 需特别注意有关物理量的含义及单位的选取 3 在非定值比热情况下 理想气