第二章理想气体的性质双语

第二章理想气体的性质双语第1页，共34页，2023年，2月20日，星期三工程热力学的两大类工质

1、理想气体（idealgas）

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（realgas）

不能用简单的式子描述，真实工质如火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等第2页，共34页，2023年，2月20日，星期三实际气体的特点Characteristicsofrealgasesincludes:由大量分子组成(consistsoflargequantitiesofmolecular)分子做无规则运动(moleculestakerandommovementcontinuously)分子间有作用力(interactionforceamongmolecules)分子本身有体积(thevolumeofmolecules)以上特点决定了实际气体的性质很复杂。第3页，共34页，2023年，2月20日，星期三1.两点假设(Assumptions)忽略分子的容积(Thevolumeofthegasmoleculeisnegligible.)。忽略分子之间的作用力(Theinteractionforcesbetweenmoleculesarenegligible)§3.1理想气体的状态方程

（EquationofStateforIdealGas）第4页，共34页，2023年，2月20日，星期三1.分子之间没有作用力2.分子本身不占容积

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。

理想气体模型Modelofideal-gas现实中没有理想气体第5页，共34页，2023年，2月20日，星期三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可以，如空调的湿空气，高温烟气的CO2

第6页，共34页，2023年，2月20日，星期三2.理想气体状态方程式Equationofstateforidealgas

(1).For11kgworkinggas,

Pv=RTP:绝对压力(absolutepressure)，Pa。v:比容(specificvolume),m3/kg。T：热力学温度(KelvinTemperature),K。R：气体常数(Gasconstant)与气体的种类有关。(2)Formkgworkinggas,mPv=mRT

orPV=mRT第7页，共34页，2023年，2月20日，星期三

摩尔质量(molarmass):themassof1molsubstance(1mol物质的质量)，M摩尔体积(molarvolume):thevolumeof1molsubstance(1mol物质占有的体积)，Vm。阿伏假德罗定律(Avogadro’shypothesis):在同温同压下，各种气体的摩尔体积都相等。在标准状况下(3)For1molworkinggas第8页，共34页，2023年，2月20日，星期三Vm=Mrv/1000，Mr：分子量。

MrPv=MrRTPVm=RmTVm常用来表示数量第9页，共34页，2023年，2月20日，星期三

Rm与R的区别Rm——通用气体常数R——气体常数MMolarmass例如UniversalGasconstant与气体种类无关Gasconstant与气体种类有关第10页，共34页，2023年，2月20日，星期三(4)FornMoleworkinggasFornmolgas, PV=nRmT第11页，共34页，2023年，2月20日，星期三理想气体(DefinitionofIdealGas)：凡遵循克拉贝龙(Clapeyron)方程的气体四种形式的克拉贝龙方程：注意:

Rm与R

摩尔容积Vm状态方程(E.O.S)统一单位第12页，共34页，2023年，2月20日，星期三计算时注意事项实例Attentions:

V=1m3的容器有N2，温度为20℃

，压力表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。1）2）3）4）第13页，共34页，2023年，2月20日，星期三ThevolumeoftheroomisV=4m×5m×6m=120m3Themassofairinaroomisdeterminedfromtheidealgasrelationtobe第14页，共34页，2023年，2月20日，星期三Example.Determinethemassofairinaroomwhosedimensionsare4m×5m×6mat100kPaand25℃SolutionThemassofairinaroomistobedetermined.AnalysisAiratspecifiedconditionscanbetreatedasanidealgas.Fromtable,thegasconstantofairisR=0.287kJ/kg.KandtheabsolutetemperatureisT=25+273.15=298.15K.第15页，共34页，2023年，2月20日，星期三§3.2比热和热容SpecificHeatsandHeatCapacity

1.比热容（比热）的定义DefinitionofSpecificheat

将单位物量的物质温度升高1K所需加入的热量。

Theenergyrequiredtoraisethetemperatureofaunitquantityofasubstancebyonedegree

第16页，共34页，2023年，2月20日，星期三

2.基于不同物量单位的三种比热(ThreekindsofSpecificheatsbasedondifferentquantityunits)质量比热容(Specificheatbasedonmass)

1kg物体温度1K升高1K所吸收的热量，

记作c，单位为J/kg•K

Itisdenotedas

canditsunitisJ/kg•K)

第17页，共34页，2023年，2月20日，星期三(2)

摩尔比热容(Specificheatbasedonmole)：

MckJ/kmol•K

1mol物体温度1K升高1K所吸收的热量，记作Mc单位为kJ/kmol•K)。(3)体积比热容(SpecificheatbasedonVolumeatstandardcondition)

c’kJ/Nm3•K

(标准状态下1m3(1Nm3)物体温度升高1K所吸收的热量，记作c’

单位为kJ/m3•K)。第18页，共34页，2023年，2月20日，星期三

比热容c:质量比热容Mc:

摩尔比热容C’:容积比热容Mc=M·c=22.414C’Therelationshipamongthethreespecificheat第19页，共34页，2023年，2月20日，星期三Ts(1)(2)1

K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第20页，共34页，2023年，2月20日，星期三3.定压比热和定容比热Specificheatatconstantpressureandatconstantvolume

Foraconstantpressureprocess:

orandforaconstantvolumeprocess:or第21页，共34页，2023年，2月20日，星期三迈耶公式Mayer’sformula令比热比理想气体的定压和定容比热容的关系

Therelationbetweentwospecificheat

ofIdealgases

第22页，共34页，2023年，2月20日，星期三4.理想气体比热容的计算温度是影响比热容的主要因素(Temperatureisthemainfactorthathasinfluenceonthespecificheat）(1)真实比热Actualspecificheat

根据实验结果整理

第23页，共34页，2023年，2月20日，星期三(2)平均比热Meanspecificheat

t

t2

t1

c(cp,cv)

附表3，4，5，6

c=f(t)

摄氏℃求O2在100-500℃平均定压热容第24页，共34页，2023年，2月20日，星期三分子运动论(3)定比热容Constantspecificheat

运动自由度当温度变化不大时，可认为比热容为常数，与温度无关，此时γ也是常数。Whenthechangeintemperatureisnotsolarge,theinfluenceoftemperatureonspecificheatisnegligible.第25页，共34页，2023年，2月20日，星期三

singleatomicGases（单原子气体）DoubleAtomicGases（双原子气体）MultipleatomicGases（多原子气体）McV[kJ/kmol.K]McP[kJ/kmol.K]k1.671.41.29第26页，共34页，2023年，2月20日，星期三Exercises：1.Calculatetheconstantspecificheatofairbasedonmass.2.Calculatethemeanspecificheatofoxygenbetween100℃to650℃第27页，共34页，2023年，2月20日，星期三§2.3混合理想气体的性质

PropertiesofIdealGasMixtures

1.混合气体的分压力和道尔顿分压力定律ComponentpressureandDalton’slawofadditivepressures（1）分压力的定义（DefinitionofComponentpressure）假定混合气体中组成气体单独存在，并具有与混合气体相同的温度及容积时的压力。（2）道尔顿分压力定律(Dalton’slawofadditivepressures)第28页，共34页，2023年，2月20日，星期三2.混合气体的分容积和阿密盖特分容积定律ComponentVolumeandAmagat’slawadditivevolume（1）Definitionofcomponentvolume(分容积的定义)假定混合气体中组成气体具有与混合气体相同的温度及压力时，单独存在所占有的容积。（2）Amagat’slawadditivevolume(阿密盖特分容积定律)第29页，共34页，2023年，2月20日，星期三3.Compositionofgasmixture

(混合气体的成分)（1）质量成分（massfraction）(2)容积成分（volumefraction)第30页，共34页，2023年，2月20