理想氣體的熱力性質(zhì)和熱力過程教學(xué)文案

1、理想氣體的熱力性質(zhì)和熱力過程熱力學(xué)中，把完全符合熱力學(xué)中，把完全符合 及熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù)及熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù) 的氣體，稱為的氣體，稱為理想氣體理想氣體；否則稱為實(shí)際氣體。；否則稱為實(shí)際氣體。RTpv )(Tuu 1kg氣體氣體RTpv R R為為氣體常數(shù)氣體常數(shù) , ,與氣體種類有關(guān)。與氣體種類有關(guān)。)(8314KkgJMMRRM“M“M，為氣體的摩爾質(zhì)量，為氣體的摩爾質(zhì)量”單位物量物體在準(zhǔn)靜態(tài)過程中溫度升高單位物量物體在準(zhǔn)靜態(tài)過程中溫度升高1K1K（或（或1 1 C C）所需要的熱量所需要的熱量 稱為稱為“比熱容比熱容”。dTqc比定壓比定壓( (質(zhì)量質(zhì)量) ) 熱容：熱容：比定容

2、比定容( (質(zhì)量質(zhì)量) ) 熱容：熱容：)()(KkgJkdTqcpp)()(KkgJkdTqcvv1. 1. 曲線關(guān)系曲線關(guān)系21ttcdtq112200tctcmm1500,211200的平均比熱容，見表到和到表示溫度自tCtCccmm2. 2. 直線關(guān)系直線關(guān)系)(2)(12212121ttttbadtbtacdtqtttt)(22121ttbacm直線關(guān)系平均比熱容見表5-2，注意：表中t用（t1+t2）代入)(1221ttcm3. 3. 定值比熱容定值比熱容)(9.20,KkmolkJcpM單原子氣體單原子氣體: :雙原子氣體：雙原子氣體：)(3.29,KkmolkJcpM三原子氣體

3、：三原子氣體：)(7.37,KkmolkJcpM)(12ttcq溫度相同的狀態(tài)點(diǎn)其熱力學(xué)能和焓就相同。wduq微元(通式）：dtcduvdtcdhppdvdtcqvvdpdtcqp理想氣體可逆過程：vdvRTdTcdsv21pdvw21vdpwt膨脹功技術(shù)功邁耶方程：邁耶方程：RccvpRccvp或或tsgwdhqwdwdhq221（閉口系統(tǒng)）（開口系統(tǒng)）可逆過程：RTupvuhRdTduRTuddh)(dTcduvdTcdhpdTRcRdTdTcdTcvvp)(邁耶方程：邁耶方程：RccvpRccvp或或revTqds)(pdvdTcqvdvTpTdTcdsvRTpv vdvRTdTcdsv

4、1212ln212121vvRTdTcvdvRTdTcssTTvvTTvv121212lnlnvvRTTcssv121212lnlnvvcppcsspv121212lnlnppRTTcssp例例5-45-4 試求空氣在自由膨脹中比熵的變化量，已知初態(tài)空氣試求空氣在自由膨脹中比熵的變化量，已知初態(tài)空氣的溫度為的溫度為 ，體積為，體積為 ，膨脹終了的容積，膨脹終了的容積 。1T1V122VV 解：解：取整個(gè)容器內(nèi)的空氣為孤立系統(tǒng)（系統(tǒng)與外界無功、熱及物質(zhì)交換）wuuq)(1200wq12uu 121212lnlnvvRTTcssv)(1989. 02ln287. 0lnln121212KkgkJV

5、VRmVmVRss12TT 即：目的：目的：揭示過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，以及熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換情況，進(jìn)而找出影響它們轉(zhuǎn)換的主要因素。對(duì)象：對(duì)象：討論理想氣體的可逆過程研究熱力過程的方法及具體步驟：研究熱力過程的方法及具體步驟：1. 過程方程 ,一般寫成 的形式。 2. 利用狀態(tài)方程和過程方程推出初、終狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式3. 在p-v圖和T-s圖上表示出該過程曲線。4. 該過程熱力學(xué)能、焓、熵的變化以及功和熱量。)(vfp Constpvn)(12ttcuv)(12ttchp121212lnlnvvRTTcssv21pdvw21vdpwt21pdvuq21vdphq二、二、 定容過程

6、定容過程1過程方程常數(shù)v2初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系3p-v圖及T-s圖1212TTppRTpv 21vv pv122Ts212vvCTsT)(曲線斜率vdvRTdTcdsvTs212bcVaVbVcsbscbcvvTTvbcvvRvdvRTdTCSScblnVbcSS bcvv 4、能量轉(zhuǎn)換1）過程功0dv210pdvwv2121,)(ppvvdpwvt2）熱量)(12ttCqvv)(12ttCqvmv102012tCtCqtvmtvmv21pdvuquqv定容線向右水平移動(dòng)時(shí)，比容增大三、三、 定壓過程定壓過程1過程方程常數(shù)p2初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系3p-v圖及T-s圖1212TTvvRTpv 21p

7、p pvTs212ppCTsT)(曲線斜率122vpccpvcTcT在T-s圖上，同一溫度下定容線比定壓線的斜率大121212lnlnppRTTcsspTs212bcpapbpcsbscbcppTTpbcppRpdpRTdTCSScblnpbcSS bcpp 4、能量轉(zhuǎn)換1）過程功0dp21,0vdpwpt2112)(vvppdvwp2）熱量)(12ttcqpmp)(12ttcqmpp102012tctcqtpmtpmp21vdphqhqp定壓線向左水平移動(dòng)，壓力增加四、四、 定溫過程定溫過程1過程方程常數(shù)常數(shù)，Tpv2初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系2112ppvvRTpv 21TT 3p-v圖及T-s圖

8、pv122654312234Ts曲線斜率vpvpT)(4、能量轉(zhuǎn)換1）過程功2）熱量212121112112lnlnlnppvpppRTvvRTdvvRTpdvwTpv122654312234Ts21211221,lnlnvvRTppRTdppRTvdpwTtTtTww,0)(12ttcuvm0)(12ttchpm21112112,lnlnlnppvpppRTvvRTwwqTtTT五、五、 絕熱過程絕熱過程1過程方程常數(shù)kpvvpcck 絕熱指數(shù)，其數(shù)值隨氣體的種類和溫度而變vpcc 1 k對(duì)于空氣和燃?xì)猓? . 1k2初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系kvvpp)(2112常數(shù)kpvRTpv 12112)(

9、kvvTTkkppTT11212)(3p-v圖及T-s圖定溫pv1226543122Ts曲線斜率vpkvps)(在P-v圖上，絕熱線比定溫線陡4能量轉(zhuǎn)換1）過程功)1 (1)(1 )(11)11(1121212211121111212111TTkRTTTkRvpvpkvvkvpvdvvppdvwkkkkks)(1 1)(1 111211211kkksppkRTvvkRTwkvvpp)(211212112)(kvvTTkkppTT11212)(skkkkstkwppkRTkTTkkRTpdppvvdpw)(11)1(1112112112121111,ttsswhwhwuwu 0 0或或2）熱量0

10、s 0q1. 1. 過程方程：過程方程：kn、10分別為定容、定壓、定溫、絕熱過程Constpvnn稱為多變指數(shù)2. 2. 初、終狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：初、終狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：nvvpp)(211212112)(nvvTTnnppTT11212)(3. 3. 熱力學(xué)能、焓、熵的變化：熱力學(xué)能、焓、熵的變化：)(1)(1212TTkRTTcuv)(1)(1212TTkkRTTchp12121212121212lnlnlnlnlnlnvvcppcppRTTcvvRTTcsspvpv)(12TTchp)(12TTcuv1kRcv1kkRcpRccvpkccvp/4. 4. 功、熱量：功、熱量：)(121

11、TTnRwnwTTnnRwt)(121多變指數(shù)為n的多變過程，技術(shù)功是體積功的n倍)(112TTcnknqvn)(111 ( )(1()(1)(12122112TTncRcTTnRcTTnRTTcwuqvvvvnvncnknc1)(12TTcqnn例例5-55-5 某空氣壓縮機(jī)，進(jìn)口處空氣的壓力為某空氣壓縮機(jī)，進(jìn)口處空氣的壓力為0.1MPa0.1MPa，溫度為，溫度為27 27 C，壓縮后空氣的壓力為壓縮后空氣的壓力為0.5MPa0.5MPa。若壓縮過程為：（。若壓縮過程為：（1 1）絕熱過程）絕熱過程（2 2）等溫過程（）等溫過程（3 3）多變指數(shù)為）多變指數(shù)為n=1.25n=1.25的多變

12、過程，試求壓縮的多變過程，試求壓縮1kg1kg空氣時(shí)壓氣機(jī)消耗的功及所放出的熱量。設(shè)比熱為定值?？諝鈺r(shí)壓氣機(jī)消耗的功及所放出的熱量。設(shè)比熱為定值。pvTsnn+ - + - - + + - n=0n=0n=0n=0n= 1n= 1n= 1n= 1n= kn= kn= kn= knnnnConstpvn三條分界線：定容線：右側(cè)，體積功為正； 左側(cè)，體積功為負(fù)。定溫線：上方，溫度增加； 下方，溫度降低。絕熱線：右側(cè)，吸熱； 左側(cè)，放熱 。npvnnn+ - + - n= 1n= kn=0n=0n= 1n= kTsnnn= kn= kn= 1n= 1n=0n=0- + + - 已知某一膨脹過程的n值

13、為1n0，u0 例例5-55-5：汽缸與活塞間封閉有1kg空氣，經(jīng)歷一多變壓縮過程，消耗壓縮功300kJ，氣體的比體積縮小為原來的1/7.5，壓力增加到原來的9.3倍。已知該氣體的k=1.4和Cv=0.716kJ/(kgK)。試按定比熱容計(jì)算過程的多變指數(shù)、氣體被壓縮的終溫、氣體熱力學(xué)能和熵的變化量，以及過程中氣體與外界交換的熱量。解：解：1.計(jì)算多變指數(shù)nvvpp)(21122112lnlnvvnpp107. 15 . 7ln3 . 9ln)ln()ln(2112vvppn2.計(jì)算終溫RTpv 24. 15 . 73 . 9112212vpvpTT1224. 1TT 11112172. 0)

14、24. 1 (716. 0)(TTTTTcuv300172. 01Twuq11112471. 0)24. 1 (716. 01107. 14 . 1107. 1)(1TTTTTcnknqv11471. 0300172. 0TTKT56.4661KT53.57823.計(jì)算氣體熱力學(xué)能和熵的變化量kgkJTTcuv34.80)56.46653.578(716. 0)(12kgkJvvcppcspv424. 05 . 7ln716. 04 . 13 . 9ln716. 0lnln12124.計(jì)算氣體與外界的熱交換量kgkJwuq66.21930034.80 ( p、v、T、u、s、h、q、w、wt 之間的相互換算之間的相互換算 )P-V圖、圖、T-S圖圖npvnnn+ -