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工程熱力第三章1第1頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月§3-2
理想氣體的狀態(tài)方程—ideal-gasequation
一.狀態(tài)方程Pam3kg氣體常數(shù):J/(kg.K)K例
試按理想氣體狀態(tài)方程求空氣在表列溫度、壓力條件下的比體積v,并與實(shí)測(cè)值比較。已知:空氣氣體常數(shù)Rg=287.06J/(kg·K)解:R=MRg=8.3145J/(mol.K)2第2頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月相對(duì)誤差=本例說(shuō)明:
低溫高壓時(shí),應(yīng)用理想氣體假設(shè)有較大誤差。3第3頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
二.摩爾質(zhì)量和摩爾體積
摩爾質(zhì)量-1mol物質(zhì)的質(zhì)量(M)單位:kg/mol
摩爾體積-1mol氣體體積(Vm)單位:m3/mol摩爾數(shù)
單位:mol1mol
氣體分子數(shù)6.0225×1023,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積0.0224m3摩爾氣體常數(shù)-物質(zhì)的量(摩爾數(shù))-單位:mol是與氣體狀態(tài)、性質(zhì)無(wú)關(guān)的普適衡量4第4頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月煤氣表上讀得煤氣消耗量是68.37m3,使用期間煤氣表的平均表壓力是44mmH2O,平均溫度為17°c,大氣平均壓力為751.4mmHg,求:
1)消耗多少標(biāo)準(zhǔn)m3的煤氣;
2)其他條件不變,煤氣壓力降低到30mmH2O,同樣讀數(shù)相當(dāng)于多少標(biāo)準(zhǔn)m3煤氣;
3)其它同1)但平均溫度為30°c,又如何?解:1)由于壓力較底,故煤氣可作理想氣體5第5頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月2)3)強(qiáng)調(diào):氣體發(fā)P.T改變,容積改變,故以V作物量單位,
必與條件相連。6第6頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月7第7頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月8第8頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
§3–3理想氣體的比熱容—specificheat;specificheatcapacity一、定義和分類(lèi)定義:c與過(guò)程有關(guān)c是溫度的函數(shù)分類(lèi):按物量質(zhì)量熱容(比熱容)cJ/(kg·K)(specificheatcapacityperunitofmass)體積熱容
c'J/(Nm3·K)(volumetricspecificheatcapacity)摩爾熱容
CmJ/(mol·K)(molespecificheatcapacity)注:
Nm3為非法定表示法,標(biāo)準(zhǔn)表示法為“標(biāo)準(zhǔn)m3”9第9頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月按過(guò)程質(zhì)量定壓熱容(比定壓熱容)(constantpressure
specificheatcapacityperunitofmass)質(zhì)量定容熱容(比定容熱容)(constantvolume
specificheatcapacityperunitofmass)及二、定壓熱容和定容熱容關(guān)系熱力學(xué)第一定律定壓dp=0定容
dv=010第10頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
cv、cp
是溫度的單值函數(shù)理想氣體熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)u=f(t)∵
h=u+pvh=u+RgT=f(T)理想氣體焓也是溫度的單值函數(shù)11第11頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4、cp、
cV關(guān)系1)cp-cv邁耶公式(Mayer’sformula)5、說(shuō)明a)
cp與cV均為溫度函數(shù),但cp–cV恒為常數(shù):Rg12第12頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月b)(理想氣體)cp恒大于cv物理解釋:13第13頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月定容0定壓b與c溫度相同,均為(T+1)K而14第14頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月c)氣體常數(shù)Rg的物理意義由b)Rg是1kg某種理想氣體定壓升高1k對(duì)外作的功。2)、理想氣體的比熱比γ(specificheatratio;ratioofspecificheatcapacity)注:理想氣體可逆絕熱過(guò)程的絕熱指數(shù)(adiabaticexponent;isentropicexponent)κ=γ15第15頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月三.利用比熱容計(jì)算熱量原理:
對(duì)cn作不同的技術(shù)處理可得精度不同的熱量計(jì)算方法:
真實(shí)比熱容積分
利用平均比熱表
利用平均比熱直線
定值比熱容n16第16頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月1.利用真實(shí)比熱容(truespecificheatcapacity)積分2.利用平均比熱容表(meanspecificheatcapacity)T1,T2均為變量,制表太繁復(fù)=面積amoda-面積bnodb17第17頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月而由此可制作出平均比熱容表=cnT2-
cnT1T20T1018第18頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月19第19頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3.平均比熱直線式
令cn=a+bt,則即為區(qū)間的平均比熱直線式
1)t的系數(shù)已除過(guò)22)t需用t1+t2代入注意:20第20頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月21第21頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4.定值比熱容(invariablespecificheatcapacity)
據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)理論,可導(dǎo)出
但多原子誤差更大22第22頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月單原子氣體
i=3雙原子氣體
i=5多原子氣體
i=6工程計(jì)算可查附表3定值比熱容,取初、終態(tài)溫度比熱容的算術(shù)平均值進(jìn)行熱量計(jì)算。qp=cp,av(T2-T1);cp,av=(cp,T2+cp,T1)/223第23頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月例題\第三章\例3-424第24頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月§3–4理想氣體熱力學(xué)能、焓和熵一.理想氣體的熱力學(xué)能和焓
1.理想氣體熱力學(xué)能和焓僅是溫度的函數(shù)
a)因理想氣體分子間無(wú)作用力b)
如圖:RgTupvuh+=+=25第25頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月若為任意工質(zhì)??
對(duì)于理想氣體一切同溫限之間的過(guò)程Δu及Δh相同,且均可用cV
ΔT及cpΔT計(jì)算;
對(duì)于實(shí)際氣體Δu及Δh不僅與ΔT有關(guān),還與過(guò)程有關(guān)且只有定容過(guò)程Δu=cVΔT,定壓過(guò)程Δh=cp
ΔT。2.熱力學(xué)能和焓零點(diǎn)的規(guī)定
可任取參考點(diǎn),令其熱力學(xué)能為零,但通常取0k。26第26頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月27第27頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月28第28頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月29第29頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3.利用氣體熱力性質(zhì)表計(jì)算熱量
據(jù)30第30頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月31第31頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月32第32頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月33第33頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月34第34頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月35第35頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4、理想氣體可逆過(guò)程,熱力學(xué)第一定律:q=cv(t2-t1)+t2t1q=cp(t2-t1)-t2t136第36頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
二.理想氣體的熵(entropy)1.定義2.理想氣體的熵是狀態(tài)參數(shù)37第37頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月定比熱38第38頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3.零點(diǎn)規(guī)定:
通常取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的熵為零即取時(shí),熵為零。
39第39頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月40第40頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月41第41頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月42第42頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4.理想氣體變比熱熵差計(jì)算令則制成表
則43第43頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月例題\第三章\例3-544第44頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月§3-5理想氣體混合物考慮氣體混合物的基本原則:混合氣體的組分都處于理想氣體狀態(tài),則混合氣體也處于理想氣體狀態(tài)(如空氣、燃?xì)?、煙氣可視為理想氣體),也具有理想氣體的一切特性:
PVm=nRTVm0=0.0224m3/mol
R=MRg=8.3145J/(mol?k)
混合氣體可作為某種假想單一氣體,其總質(zhì)量及分子數(shù)與組分氣體質(zhì)量之和及分子數(shù)之和相同。45第45頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月一、混合氣體的折合摩爾質(zhì)量和氣體常數(shù)折合摩爾質(zhì)量Meg=∑niMi/n=∑xiMi折合氣體常數(shù)Rg,eq=R/Meq=8.3145/Meq46第46頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月二、混合氣體的分壓力定律和分容積定律1.分壓力定律(Daltonlawofpartialpressure)
分壓力——組分氣體處在與混合氣體相同容積、相同溫度單獨(dú)對(duì)壁面的作用力。
47第47頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月2、分容積定律(lawofpartialvolume)
分容積——組分氣體處在與混合氣體同溫同壓?jiǎn)为?dú)
占有的體積。48第48頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月三、混合氣體成分2.體積分?jǐn)?shù)(volumefractionofamixture)3.摩爾分?jǐn)?shù)(molefractionofamixture)1.質(zhì)量分?jǐn)?shù)(massfractionofamixture)49第49頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4.各成分之間的關(guān)系混合氣:pV=nRT;i組分:pVi=niRT)b)c50第50頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月a)已知質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.利用混合物成分求M混和Rg混b)已知摩爾分?jǐn)?shù)51第51頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月四.理想氣體混合物的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵a.比熱容b.熱力學(xué)能c.焓d.熵52第52頁(yè),課件共60頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
如某種混合氣體由A,B兩種氣體組成,混合氣體壓力p,分壓力為pA,pB,
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