第三章理想氣體的性質(zhì)與熱力過(guò)程

1、1第三章 理想氣體的性質(zhì)2本章基本要求1 1掌握理想氣體的概念及理想氣體狀態(tài)方程的各種掌握理想氣體的概念及理想氣體狀態(tài)方程的各種表達(dá)形式，并能熟練運(yùn)用；表達(dá)形式，并能熟練運(yùn)用；2 2理解理想氣體比熱容的概念及影響因素，掌握理理解理想氣體比熱容的概念及影響因素，掌握理想氣體比熱容的分類(lèi)；能夠熟練利用平均比熱容想氣體比熱容的分類(lèi)；能夠熟練利用平均比熱容表或定值比熱容進(jìn)行熱量的計(jì)算；表或定值比熱容進(jìn)行熱量的計(jì)算；3 3掌握理想氣體的熱力學(xué)能及焓的特點(diǎn)，能夠進(jìn)行掌握理想氣體的熱力學(xué)能及焓的特點(diǎn)，能夠進(jìn)行理想氣體的熱力學(xué)能、焓及熵變化量的計(jì)算；理想氣體的熱力學(xué)能、焓及熵變化量的計(jì)算；4 4掌握理想氣體的

2、四個(gè)基本熱力過(guò)程（即定容、定掌握理想氣體的四個(gè)基本熱力過(guò)程（即定容、定壓、定溫及絕熱過(guò)程）的狀態(tài)參數(shù)和能量交換特壓、定溫及絕熱過(guò)程）的狀態(tài)參數(shù)和能量交換特點(diǎn)及基本計(jì)算，以及上述過(guò)程在點(diǎn)及基本計(jì)算，以及上述過(guò)程在p-v p-v 圖和圖和T-sT-s圖上圖上的表示；的表示；33-1 理想氣體及其狀態(tài)方程一、實(shí)際氣體與理想氣體一、實(shí)際氣體與理想氣體 1. 1.理想氣體：理想氣體：是一種假象的氣體模型，氣體分子是是一種假象的氣體模型，氣體分子是一些一些彈性的彈性的、不占體積的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)，分子之間，分子之間沒(méi)有沒(méi)有相互作用力相互作用力。2.2.實(shí)際氣體：實(shí)際氣體：實(shí)際氣體是真實(shí)氣體，在工程使用

3、范實(shí)際氣體是真實(shí)氣體，在工程使用范圍內(nèi)離液態(tài)較近，分子間作用力及分子本身體圍內(nèi)離液態(tài)較近，分子間作用力及分子本身體積不可忽略，熱力性質(zhì)復(fù)雜，工程計(jì)算主要靠積不可忽略，熱力性質(zhì)復(fù)雜，工程計(jì)算主要靠圖表。圖表。如：電廠(chǎng)中的如：電廠(chǎng)中的水蒸氣水蒸氣、制冷機(jī)中的、制冷機(jī)中的氟里氟里昂蒸汽昂蒸汽、氨蒸汽氨蒸汽等。等。理想氣體是實(shí)際氣體理想氣體是實(shí)際氣體p p0 0的極限情況。的極限情況。41. 分子之間沒(méi)有作用力分子之間沒(méi)有作用力 2. 分子本身不占容積分子本身不占容積理想氣體模型現(xiàn)實(shí)中沒(méi)有理想氣體現(xiàn)實(shí)中沒(méi)有理想氣體5 當(dāng)實(shí)際氣體當(dāng)實(shí)際氣體 p 很小很小, V 很大很大, T不不太低時(shí)太低時(shí), 即處于即

4、處于遠(yuǎn)離液態(tài)遠(yuǎn)離液態(tài)的的稀薄稀薄狀態(tài)狀態(tài)時(shí)時(shí), 可視為可視為理想氣體理想氣體。 哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T常溫常溫，p0, 功量為正。功量為正。ds0, 熱量為正。熱量為正。dT0du0，dh0。54例題分析例例3-13-1: :某鍋爐燃燒需要空氣量某鍋爐燃燒需要空氣量66000m66000m3 3/h/h（標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），風(fēng)機(jī)實(shí)際送入的是熱空氣，溫度為狀態(tài)），風(fēng)機(jī)實(shí)際送入的是熱空氣，溫度為250250，表壓力為，表壓力為150mmHg150mmHg，試計(jì)算確定實(shí)際送入，試計(jì)算確定實(shí)際送入鍋爐的空氣流量。（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽殄仩t的空氣流量。（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?65mmHg765mmHg）解解：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是

5、指：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指p p0 0=101325Pa=101325Pa、T T0 0=273K=273K的狀態(tài)。的狀態(tài)。 由由 可得實(shí)際送入鍋爐的空氣流量為可得實(shí)際送入鍋爐的空氣流量為 000TVpTpVhmpTTVpV/1005. 12733 .133)765150()250273(660001013253500055例例2. 1kg2. 1kg空氣多變過(guò)程中吸取空氣多變過(guò)程中吸取41.87kJ41.87kJ的熱量時(shí)，將使其容積增大的熱量時(shí)，將使其容積增大1010倍，壓力降倍，壓力降低低8 8倍，求：過(guò)程中空氣的內(nèi)能變化量，空氣對(duì)外所做的膨脹功及技術(shù)功。倍，求：過(guò)程中空氣的內(nèi)能變化量，空氣對(duì)外所做

6、的膨脹功及技術(shù)功。解：按題意解：按題意 kgkJqn/87.41 1210vv 1281pp 空氣的內(nèi)能變化量：由理想氣體的狀態(tài)方程空氣的內(nèi)能變化量：由理想氣體的狀態(tài)方程111RTVp 222RTVp得：得： 12810TT 多變指數(shù)多變指數(shù) 903. 010ln8ln)/ln()/ln(1221vvpp56多變過(guò)程中氣體吸取的熱量多變過(guò)程中氣體吸取的熱量11212141)(1)(TnkncTTnkncTTcqvvnnKT1 .571氣體內(nèi)能的變化量氣體內(nèi)能的變化量kgkJTTmcUv/16. 8)(1212空氣對(duì)外所做的膨脹功及技術(shù)功：膨脹功由閉系能量方程空氣對(duì)外所做的膨脹功及技術(shù)功：膨脹功

7、由閉系能量方程kgkJuqwn/71.331212或由公式或由公式)(1 11112112nnppRTnw來(lái)計(jì)算來(lái)計(jì)算技術(shù)功：技術(shù)功：kgkJnwppRTnnwnn/49.30)(1 11211211257例例3 3： 2kg2kg空氣分別經(jīng)過(guò)定溫膨脹和絕熱膨脹的可逆空氣分別經(jīng)過(guò)定溫膨脹和絕熱膨脹的可逆過(guò)程，如圖過(guò)程，如圖4.14.1，從初態(tài)，從初態(tài)p p1 1=9.807bar,=9.807bar,t t1 1=300=300膨脹到終態(tài)容積為初態(tài)容積的膨脹到終態(tài)容積為初態(tài)容積的5 5倍，試計(jì)算不同過(guò)程中空氣倍，試計(jì)算不同過(guò)程中空氣的終態(tài)參數(shù)，對(duì)外所做的功和交換的熱量以及過(guò)程中內(nèi)能、的終態(tài)參數(shù)

8、，對(duì)外所做的功和交換的熱量以及過(guò)程中內(nèi)能、焓、熵的變化量。焓、熵的變化量。58解：將空氣取作閉口系解：將空氣取作閉口系對(duì)可逆定溫過(guò)程對(duì)可逆定溫過(guò)程1-21-2，由過(guò)程中的參數(shù)關(guān)系，得，由過(guò)程中的參數(shù)關(guān)系，得barvvpp961. 151807. 92112按理想氣體狀態(tài)方程，得按理想氣體狀態(tài)方程，得111pRTv =0.1677=0.1677kgm /3125vv =0.8385=0.8385kgm /312TT =573K =573K 2t=300=300C59氣體對(duì)外作的膨脹功及交換的熱量為氣體對(duì)外作的膨脹功及交換的熱量為1211lnVVVpQWTT過(guò)程中內(nèi)能、焓、熵的變化量為過(guò)程中內(nèi)能、焓、熵的變化量為012U012HKkJTQST/9239. 0112或或KkJVVmRS/9238. 0ln1212=529.4kJ對(duì)可逆絕熱過(guò)程對(duì)可逆絕熱過(guò)程1-2, 1-2, 由可逆絕熱過(guò)程參數(shù)間關(guān)系可得由可逆絕熱過(guò)程參數(shù)間關(guān)系可得kvvpp)(2112 其中其中22vv=0.8385=0.8385kgm /3故故 barp03. 1)51(807. 94 . 1260 KRvpT301222282tC氣體對(duì)外所做的功及交換的熱量為氣體