工程熱力學(xué)第3章-1課件

第三章氣體和蒸氣的性質(zhì)Propertiesofgasandvapor3-1理想氣體3-2理想氣體的比熱容3-3理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵3-4水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖3-5水的汽化過程和臨界點3-6水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)3-7水蒸氣表和圖第五章之后講解本章基本要求1.掌握理想氣體狀態(tài)方程的各種表述形式，并應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程及理想氣體定值比熱進行各種熱力計算;2.掌握理想氣體平均比熱的概念和計算方法;本章重點

1理想氣體的熱力性質(zhì);2理想氣體狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系;3理想氣體比熱;工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)1、理想氣體（idealgas）：可用簡單的式子描述。

例如：如汽車發(fā)動機和航空發(fā)動機以空氣為主的燃氣、空調(diào)中的濕空氣等。2、實際氣體（realgas）：不能用簡單的式子描述，真實工質(zhì)。

例如：火力發(fā)電的水和水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)等?？珊雎詺怏w分子間相互作用力和分子本身體積影響；分子間無動能損失，遠離液態(tài)區(qū)域。實際氣體簡化為理想氣體的條件：P→0，v→

∞一、理想氣體定義V：nKmol氣體容積m3；

V：質(zhì)量為mkg氣體所占的容積；p：絕對壓力Pa；v：比容m3/kg；T：熱力學(xué)溫度K

狀態(tài)方程VM：摩爾容積m3/kmol；R：通用氣體常數(shù)，8314J/kmol·K；二、理想氣體狀態(tài)方程的導(dǎo)出

5、阿伏伽德羅定律：在相同的壓力和溫度下，各種氣體的摩爾體積相等。三、狀態(tài)方程式的摩爾形式1、摩爾：

mol2、摩爾質(zhì)量：1mol物質(zhì)的質(zhì)量，M

單位：kg/mol，g/mol，kg/kmol3、質(zhì)量：m=nM4、摩爾體積：1mol物質(zhì)的體積。Vm：m3/mol標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：P0=1atm=101325Pa；T0=273.15K；Vm0=22.414(m3/kmol)

或22.414(l/mol)R0與R的區(qū)別R0——通用氣體常數(shù)(與氣體種類及狀態(tài)均無關(guān))R——氣體常數(shù)(隨氣體種類變化)M-----摩爾質(zhì)量例如：氣體常數(shù)與氣體的種類

關(guān)，與氣體的狀態(tài)

關(guān)。通用氣體常數(shù)R0與氣體的種類

關(guān)，與狀態(tài)

關(guān)，在SI制中R0的數(shù)值是

，單位是

。氣體常數(shù)與氣體的種類有關(guān)，與氣體的狀態(tài)無關(guān)。通用氣體常數(shù)R0與氣體的種類無關(guān)，與狀態(tài)無關(guān)，在SI制中R0的數(shù)值是

8.314，單位是J/(mol.K)

。四、理想氣體的另一定義：凡能滿足狀態(tài)方程式的氣體便可稱為理想氣體。(a)波義耳——馬略特定律：（定溫過程）(b)查理定律：（定容過程）(c)蓋·呂薩克定律：（定壓過程）狀態(tài)方程的應(yīng)用

1

求平衡態(tài)下的參數(shù);2兩平衡狀態(tài)間參數(shù)的計算;3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與任意狀態(tài)或密度間的換算;4求氣體體積膨脹系數(shù);當(dāng)實際氣體p

很小,V很大,T不太低時,即處于遠離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時,可視為理想氣體。

哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T>常溫，p<7MPa的雙原子分子理想氣體如：O2,N2,Air,CO,H2，汽車發(fā)動機和航空發(fā)動機以空氣為主的燃氣等三原子分子（H2O,CO2)一般不能當(dāng)作理想氣體特殊，如空調(diào)的濕空氣，高溫?zé)煔獾腃O2

，可以例1:體積為V的真空罐出現(xiàn)微小漏氣。設(shè)漏氣前罐內(nèi)壓力p為零，而漏入空氣的流率與（p0－p）成正比，比例常數(shù)為α，p0為大氣壓力。由于漏氣過程十分緩慢，可以認為罐內(nèi)、外溫度始終保持T0不變，試推導(dǎo)罐內(nèi)壓力p的表達式。P，T0P0，T0例題1解:由題設(shè)條件已知

漏入空氣的流率:

罐內(nèi)的狀態(tài)方程dV=0;dT=0

積分(P由0到p)得微分（2）

（1）

或或

例2：容器內(nèi)盛有一定量的理想氣體，如果將氣體放出一部分后達到了新的平衡狀態(tài)，問放氣前、后兩個平衡狀態(tài)之間參數(shù)能否按狀態(tài)方程表示為下列形式：（a）（b）解：放氣前、后兩個平衡狀態(tài)之間參數(shù)能按方程式（a）形式描述，不能用方程式（b）描述，因為容器中所盛有一定量的理想氣體當(dāng)將氣體放出一部分后，其前、后質(zhì)量發(fā)生了變化根據(jù)，，而可證。

計算時注意事項

1、使用絕對壓力；2、溫度單位K；3、統(tǒng)一單位（最好均用國際單位）；§2-2理想氣體的比熱容1、熱容：物體溫度升高或降低1K或1℃所傳入或傳出的熱量一、比熱容的定義2、比熱容：單位物量的物體溫度升高或降低1K1oC所傳入或傳出的熱量，簡稱比熱。3、比熱容分類按單位物量的選取不同分為c:質(zhì)量比熱容：Mc:摩爾比熱容：c′:容積比熱容：三者換算關(guān)系：過程量Ts(1)(2)1K4．比熱容是過程量還是狀態(tài)量?c1c25．按加熱方式分：定壓比熱和定容比熱（1）定壓比熱：工質(zhì)與外界交換熱量是在壓力接近不變的條件下進行；用符號Cp表示；（2）定容比熱：工質(zhì)與外界交換熱量是在容積接近不變的條件下進行；用符號Cv表示；定壓比熱容：質(zhì)量定壓比熱容體積定壓比熱容摩爾定壓比熱容定容比熱容：質(zhì)量定容比熱容體積定容比熱容摩爾定容比熱容定容比熱cv任意準(zhǔn)靜態(tài)過程u是狀態(tài)量，設(shè)

定容定容比熱cv定容物理意義：

v時1kg工質(zhì)升高1K內(nèi)能的增加量適用于任何氣體。定壓比熱容cp任意準(zhǔn)靜態(tài)過程h是狀態(tài)量，設(shè)

定壓定壓比熱容cp定壓物理意義：

p時1kg工質(zhì)升高1K焓的增加量適用于任何氣體。cv和cp的說明：1、

cv

和

cp

，若過程已定,可當(dāng)作狀態(tài)量。2、適用于任何氣體。3、邁耶公式：

(理想氣體)4、比熱比：1、 理想氣體的Cp與Cv的值與氣體種類

關(guān)，與溫度

關(guān)。他們的差值為

，與氣體的種類

關(guān)，與溫度

關(guān)。Cp與Cv的比值為

，與氣體的種類

關(guān)，與氣體的溫度

關(guān)。

2、 對于一定的理想氣體，（Cp-Cv）是否恒為定值？Cp/Cv是否恒為定值？在不同的溫度下（Cp-Cv）和Cp/Cv是否總是為同一定值。3、 影響比熱的因素有哪些，按加熱方式分比熱一般分哪兩類？cv和cp的說明：理想氣體的Cp與Cv的值與氣體種類有關(guān)，與溫度無

關(guān)。他們的差值為

R

，與氣體的種類

有關(guān)，與溫度

無關(guān)。他們的比值為

k

，與氣體的種類

有

關(guān)，與氣體的溫度

無

關(guān)。

cv和cp的說明：三、比熱容的計算及熱量的計算定值、真實、平均比熱

1、定值比熱：凡分子中原子數(shù)目相同，因而其運動自由度也相同的氣體，它們的摩爾比熱值都相等，稱為定值比熱.根據(jù)分子運動論的觀點，理想氣體的比熱值僅取決于氣體分子結(jié)構(gòu)，與氣體所處狀態(tài)無關(guān)。i

：分子運動的自由度數(shù)目單原子：3；雙原子：5；多原子：7單原子氣體雙原子氣體多原子氣體Mcv3/2R05/2R07/2R0Mcp5/2R07/2R09/2R0k=cp/cv1.661.401.29表3-2：理想氣體定值摩爾比熱容和k值定值比熱：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得

單原子氣體

雙原子氣體

多原子氣體

上述結(jié)果對于單原子分子氣體符合較好，對于雙原子和多原子分子氣體存在有較大偏差，其主要原因是它們的真實比熱隨溫度而變化。熱量的計算：（P25，表2-3）2、真實比熱。相應(yīng)于每一溫度下的比熱值稱為氣體的真實比熱。工程上一般用多項式形式表示比熱與溫度的函數(shù)關(guān)系:平均比熱：ct3、平均比熱面積：

DEFGD→矩形面積：MNFGM矩形面積高度：即而于是取0℃為參考溫度§2-3混合氣體的性質(zhì)1、混合氣體的分壓力:維持混合氣體的溫度和容積不變時，各組成氣體所具有的壓力2、道爾頓分壓定律:混合氣體的總壓力p等于各組成氣體分壓力pi之和。即：一、分壓力定律和分容積定律：pTVpTVpTVpTV分壓力pipartialpressure混合氣體分壓力示意圖pTVpTVpTVpTV分容積Vipartialvolume3、阿密蓋特分容積定律混合氣體的總?cè)莘eV等于各組成氣體分容積Vi之和。即：質(zhì)量成分：容積成分：摩爾成分：某組元氣體的質(zhì)量混合氣體總質(zhì)量某組元氣體的容積混合氣體總?cè)莘e組元氣體的摩爾數(shù)混合氣體總摩爾數(shù)有關(guān)定義pTVpTVpTVpTV分壓力pi4、總壓和分壓力關(guān)系：pTVpTVpTVpTV分容積Vi容積成分＝摩爾成分5、總?cè)莘e和分容積關(guān)系：二、混合氣體熱力學(xué)能、焓和熵1、理想混合氣體的熱力學(xué)能、焓和熵

等于各組成氣體的熱力學(xué)能、焓和熵的總和。內(nèi)能：焓：熵：2、理想混合氣體的比熱力學(xué)能、比焓和比熵其中，gi為組成氣體的質(zhì)量成分。比內(nèi)能：比焓：比熵：（p32）

例題2-5

例題2-7作業(yè)：P41習(xí)題：NO.2-15(略)NO.2-17

本章應(yīng)注意的問題

2．考慮比熱隨溫度變化后，產(chǎn)生了多種計算理想氣體熱力參數(shù)變化量的方法，要熟練地掌握和運用這些方法，必須多