热力学第三章1分析

第三章

气体和蒸汽的性质锅炉汽轮机给水泵凝汽器过热器wt

=

h1-

h2wt

=

h1-

h2蒸汽动力装置能量的传递和转化与工质的状态变化是分不开的常用工质的性质热能要转化为机械能是通过工质的体积膨胀来实现的。要求工质具有显著的胀缩能力，其体积随温度、压力变化能有较大的变化，因此一般采用气态物质作为工质。气体分子热运动具有无规则性；分子具有一定体积，分子间作用力存在并对其运动状况存在不确定的影响引入————理想气体3-1理想气体的概念1、理想气体的基本假设2、分子为不占体积的弹性质点除碰撞外分子间无作用力理想气体分子是弹性的，不占据体积的质点，分子相互之间没有作用力。一、理想气体的概念实验论证

1843年焦耳实验，对于理想气体p

v

T不变

AB绝热自由膨胀真空理想气体的内能u理气绝热自由膨胀

p

v

T不变

∵dp≠0∵dv≠0理想气体内能的物理解释内能＝内动能＋内位能T,v理想气体无分子间作用力，内能只决定于内动能T理想气体u只与T有关理想气体的应用理想气体是实际气体在压力趋近于0，比容趋近于无穷大时的极限状态。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。低压高温分子运动空间相对大远离液相

当气体工质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。

理想气体的应用理想气体是假想气体，是不存在的理想气体的实际应用1氩、氖、氦、氢、氧、氮、一氧化碳等临界温度低的单原子气体或双原子气体，在温度不太低、压力不太高时均远离液态，认为是理想气体。——单一气体2工程中常用的氧气、氮气、氢气、一氧化碳等及其混合空气、燃气、烟气等工质，在通常使用的条件下可认为是理想气体，误差在工程计算允许的精度范围内。——混合气体4蒸汽动力装置中的水蒸气、制冷装置中的氟利昂蒸气、氨蒸气等，不能认为是理想气体，按实际气体计算。——实际气体3大气中含有少量的水蒸气、燃气和烟气中含有的水蒸气和二氧化碳等，分子浓度低，分压力小，混合物在温度不太低时可认为是理想气体。——含有少量实际气体的混合气体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

2、实际气体不能用简单的式子描述二、理想气体状态方程式理想气体的状态方程式

实验研究表明：当p,v,T三个参数都变化时，气体的压力、比容的乘积与绝对温度成正比。若令上式中的常数=Rg，则上式可写成：理想气体在任一平衡状态时p,v,T之间的关系，称为理想气体的状态方程式或克拉贝龙（Clapeyron）方程式。Rg称为气体常数，只与气体种类有关，与气体状态无关？二、理想气体状态方程式根据分子运动论，气体压力为:式中N为1m3体积内的分子数，m′为每个分子的质量。分子平均移动均方根速度。计算时注意事项压力：p,Pa,

温度:T,K，比容:v,m3/kg气体常数:Rg,J/(kg.k)压力：p,kPa,温度:T,K，比容:v,m3/kg气体常数:Rg,kJ/(kg.k)

1、绝对压力，热力学温度2、温度单位，

K3、统一单位（最好均用国际单位）三、摩尔质量和摩尔体积1mol是指物质中所包含的基本单元数与0.012kg的碳12的原子数目相等时物质的量。0.012kg的碳12所包含的原子数为6.0225×1023个。1mol物质的质量称为摩尔质量，数值上等于物质的分子量，用M表示，单位为kg/moln＝m/M摩尔质量和摩尔体积1mol气体的体积——摩尔体积Vm，m3/mol阿佛加德罗定律指出：同温同压下，各种气体的摩尔体积都相同。

Vm＝Mv实验得出：

四、摩尔气体常数理想气体摩尔气体常数既与状态无关，也与气体性质无关，为一普适恒量。其中R=M

Rg

，称为理想气体的摩尔气体常数压力：p,Pa,绝对压力温度:T,K，热力学温度摩尔体积:Vm,m3/mol摩尔气体常数:R,J/(mol.K)体积:V,m3摩尔气体常数空气的气体常数：Rg＝R/M＝287J/kg•K氧气的气体常数：M＝32.00g/mol理想气体的气体常数为5M＝28.97g/molRg＝R/M＝260J/kg•KR=M

Rg应用注意阿伏伽德罗定律:

相同p和T下各理想气体的摩尔容积Vm相同注意:

R与Rg

摩尔容积Vm标准状况下R——摩尔气体常数Rg——气体常数与气体种类无关与气体种类有关理想气体状态方程总结状态方程RgTmRgTmolRTnRTmol对于理想气体在流动中处于平衡状态，可以利用理想气体状态方程。RT8.3145×293.15RT8.3145×20例题V=1m3的容器有N2，温度为20℃

，压力表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。已知N2的摩尔质量为28g/mol。1）2）3）RT8.3145×293.15×10002.693kg例题启动柴油机用的空气瓶，体积0.3m3，内装有8MPa、303K的压缩空气。启动后，瓶中空气压力降低为4.6MPa、303K，求用去的空气的量（mol）及相应质量（kg）。(空气的分子量为28.97，空气气体常数为287J/kgK。)3-2

理想气体的比热容热容定义:物体温度升高1K所需的热量称为热容，以C表示，单位J/K。单位质量的物质升高1K或1oC所需的热量C＝δQ/dT质量热容，即比热容c一、比热容的定义

比热容c:质量热容Cm:摩尔热容C′:体积热容c＝δq/dTc:质量热容

c:质量热容

c:质量热容Cm=M·c=22.4141C′实际过程应用最多的是某些特定过程的比热容定容比热容定压比热容CvCp定容比热容cv第一解析式u是状态量，设

定容δq＝du＋pdv定压比热容cp第二解析式h是状态量，设

定压δq＝dh－vdpcv和cp的说明1、前面的推导没有用到理想气体性质2、

h、u

、s的计算要用cv和cp

。适用于任何气体。cv物理意义：v时1kg工质升高1K内能的增加量cp物理意义：p时1kg工质升高1K焓的增加量一般工质:

理想气体：理想气体的比热容理想气体：迈耶公式Mayer’sformula二、cp与cv关系即Cp,m－Cv,m＝R比热容比则非一常数，它与cv的值有关令称为比热容比对于某一气体，Rg为一常数。

三、利用比热容计算热量一般原则：利用比热容的定义式积分计算过程热量。利用比热容计算热量1真实比热容2平均比热容表3定值比热容1、真实比热容根据实验结果整理计算过程热量：Q=∫CdT2、平均比热容表t

t2

t1

c(cp,cv)

c=f(t)

q=q2-q1=d3、定值比热容

分子运动理论认为i-分子运动的自由度CV,mCV,mCp,mc:质量热容Cm:摩尔热容质理想气体定值摩尔热容和比热容比

R＝8.3145J/(mol﹒K)单原子双原子多原子Cv,m[kJ/kmol.K]Cp,m

[kJ/kmol.K]γ1.671.4