《工程熱力學(xué)》課件-9 理想氣體的概念及狀態(tài)方程式

理想氣體的概念及狀態(tài)方程式作業(yè)講解作業(yè)：國產(chǎn)300MW機(jī)組的鍋爐出力為qm=1024x103kg/h,出口蒸汽焓h1=3394.3kJ/kg，鍋爐進(jìn)口給水焓h2=1197.3kJ/kg，鍋爐效率ηb=92%，標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量qc=29270kJ/kg，求每小時(shí)的耗煤量B為多少?鍋爐效率:010203理解理想氣體與實(shí)際氣體的概念掌握理想氣體狀態(tài)方程式掌握理想氣體狀態(tài)方程式的應(yīng)用課程要求理想氣體的概念及狀態(tài)方程式1理想氣體和實(shí)際氣體我們都知道工程熱力學(xué)是研究熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的一門學(xué)科，熱力設(shè)備中能量的傳遞和轉(zhuǎn)換要通過工質(zhì)的狀態(tài)變化才能實(shí)現(xiàn)，因此，在研究熱功轉(zhuǎn)換時(shí)，工質(zhì)的性質(zhì)對熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換有較大的影響，必須熟悉常用工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)和基本的熱力過程。熱機(jī)中使用的工質(zhì)常是氣體物質(zhì)。課堂思考1為什么熱機(jī)中使用的工質(zhì)一般都是氣態(tài)物質(zhì)?氣態(tài)物質(zhì)相比于液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)，具有良好的膨脹性和壓縮性。氣態(tài)物質(zhì)的分子間距大，分子間作用力小，具有很強(qiáng)的流動(dòng)性。理想氣體的概念及狀態(tài)方程式1理想氣體和實(shí)際氣體氣態(tài)工質(zhì)理想氣體實(shí)際氣體熱功轉(zhuǎn)換體積膨脹注意如何區(qū)分兩類氣體？－偏離液態(tài)的程度

分子可視為是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)且分子之間不存在相互作用力的氣體。理想氣體的概念及狀態(tài)方程式1理想氣體和實(shí)際氣體

實(shí)際氣體：就是我們看到的實(shí)際存在的氣體。如:電廠中的水蒸氣、制冷機(jī)中的氟里昂蒸汽、氨蒸汽等。有相互作用力有體積的實(shí)際氣體

我們熱力學(xué)中所見的實(shí)際氣體，通常氣體的比體積不是很大，氣體分子間距就比較小，在工程計(jì)算中必須考慮分子本身體積及分子間相互作用力，因此實(shí)際氣體的性質(zhì)是比較復(fù)雜的，工程計(jì)算主要靠圖表。理想氣體的概念及狀態(tài)方程式1理想氣體和實(shí)際氣體

理想氣體：

是對實(shí)際氣體進(jìn)行兩點(diǎn)簡化一是、把氣體分子視為是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)。理想氣體二是、忽略分子之間的作用力，認(rèn)為分子之間不存在相互作用力。當(dāng)實(shí)際氣體的溫度較高、壓力較低時(shí)，氣體的比體積比較大，這時(shí)就可以忽略分子本身體積及分子之間的相互作用力，作為理想氣體來處理。課堂思考固態(tài)分子間距小分子間作用力大我們知道物質(zhì)有三態(tài)氣態(tài)分子間距大分子間作用力小液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。例如，工程中所常用的氣體、、、、等，以及由這些氣體所組成的空氣及煙氣，在通常的壓力和溫度下，離液態(tài)區(qū)較遠(yuǎn)，均可視為理想氣體。課堂思考例如，工程中所常用的氣體、、、、等，以及由這些氣體所組成的空氣及煙氣，在通常的壓力和溫度下，離液態(tài)區(qū)較遠(yuǎn)，均可視為理想氣體。t=20℃T=25+275=300K1Bar=10^5Pa=0.1MPa二氧化碳三相圖課堂思考1為什么引入理想氣體？氣體分子占據(jù)一定體積，氣體分子之間有相互作用力的，導(dǎo)致實(shí)際氣體的性質(zhì)是比較復(fù)雜的。引入理想氣體的概念后，氣體分子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律大為簡化，各狀態(tài)參數(shù)之間可以得出簡單的函數(shù)關(guān)系式，大大簡化了分析計(jì)算。2如何判斷偏離液態(tài)的程度？理想氣體與實(shí)際氣體沒有明顯界限，在什么情況下應(yīng)視為何種氣體，要根據(jù)工程計(jì)算所允許的誤差范圍而定。課堂練習(xí)【單選題】下列哪種氣體通常不能作為理想氣體進(jìn)行分析（）。氧氣二氧化碳

水蒸氣

氧氣氮?dú)饣旌蠚怏wC理想氣體的概念及狀態(tài)方程式1理想氣體和實(shí)際氣體物質(zhì)的量是一個(gè)物理量，是國際單位制的7個(gè)基本單位之一，它和質(zhì)量、體積一樣，表示氣體數(shù)量的多少。物質(zhì)中所包含的基本單元數(shù)(如：分子，原子等)與0.012kg碳12的原子數(shù)目(6.0225×1023)相等時(shí)物質(zhì)的量即為1摩爾，符號用n表示，單位為摩爾（mol）和千摩爾（kmol），在熱力學(xué)中多用千摩爾表示。物質(zhì)的量:理想氣體的概念及狀態(tài)方程式1理想氣體和實(shí)際氣體千摩爾質(zhì)量：1kmol物質(zhì)具有的質(zhì)量，用M表示，單位kg/kmol。千摩爾質(zhì)量不因物質(zhì)的狀態(tài)而改變，只因物質(zhì)種類而不同，對于確定的物質(zhì)來說是一常數(shù)，數(shù)值上等于物質(zhì)的分子量。比如氧氣的千摩爾質(zhì)量為32kg/kmol，氮?dú)獾那栙|(zhì)量為28.02kg/kmol；空氣的千摩爾質(zhì)量為28.97kg/kmol。理想氣體的概念及狀態(tài)方程式1理想氣體和實(shí)際氣體千摩爾體積：1kmol物質(zhì)具有的體積，用Vm表示，單位m3/kmol。

千摩爾體積因氣體的壓力和溫度的不同而不同。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（1atm，0℃）下為22.414m3/kmol。阿伏伽德羅定律的發(fā)現(xiàn)理想氣體的概念及狀態(tài)方程式2理想氣體狀態(tài)方程式狀態(tài)方程式我們不再推導(dǎo)，我們只介紹方程式的形式，狀態(tài)方程式根據(jù)氣體的數(shù)量的表示方法不同，有兩種方式。理想氣體在任一平衡狀態(tài)時(shí)P、v、T之間關(guān)系的函數(shù)關(guān)系即理想氣體狀態(tài)方程式。理想氣體的概念及狀態(tài)方程式2理想氣體狀態(tài)方程式質(zhì)量單位J/(kg·K)，氣體常數(shù)，其值與狀態(tài)無關(guān)，僅隨氣體的種類而異p——?dú)怏w的絕對壓力，Pav——?dú)怏w的比體積，m3/kgT——?dú)怏w的熱力學(xué)溫度，K理想氣體的概念及狀態(tài)方程式2理想氣體狀態(tài)方程式摩爾單位普適氣體常數(shù)，其值恒為8314.3J/(kmol·K)千摩爾體積,單位是m3/kmol物質(zhì)的量，單位是mol或kmol)

理想氣體的概念及狀態(tài)方程式2理想氣體狀態(tài)方程式普適氣體常數(shù)，其值恒為8314.3J/(kmol·K)J/(kg·K)，氣體常數(shù)，其值與狀態(tài)無關(guān)，僅隨氣體的種類而異

質(zhì)量單位摩爾單位理想氣體的概念及狀態(tài)方程式2理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體的概念及狀態(tài)方程式2理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體方程課堂練習(xí)【單選題】氣體常數(shù)Rg的大小取決于（）。氣體的分子量

氣體的質(zhì)量

氣體所處的狀態(tài)

組成氣體分子的原子數(shù)A例題解析【例3-1】容積為0.0283m3的鋼瓶內(nèi)裝有氧氣，壓力為6.865×105Pa，溫度為294K。發(fā)生泄漏后，壓力降低至4.901X105Pa才被發(fā)現(xiàn)，而溫度未變。問至發(fā)現(xiàn)為止共漏去多少千克氧氣?解由題知

由(3-2),泄露前瓶內(nèi)原有的氧氣量為

泄露后瓶內(nèi)剩余的氧氣量為

氧氣

。因此，漏去的氧氣量為

例題解析例1有一充氣剛性容器，容積為5m3，容器內(nèi)氣體的表壓力為pe=0.85Mpa，溫度計(jì)讀數(shù)為t=40℃。問在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0℃，1atm）下氣體容積可達(dá)多少?設(shè)大氣壓pb=0.1Mpa。

解:容器內(nèi)氣體的絕對壓強(qiáng)和溫度分別為由容器內(nèi)氣體質(zhì)量m保持不變

例題解析例2一個(gè)體積為2