《理想氣體的性質(zhì)》PPT課件.ppt

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工程熱力學(xué) 蔣愛(ài)國(guó) 上海海事大學(xué) 輪機(jī)工程系,第二篇 工質(zhì)的性質(zhì),理想氣體的性質(zhì) 實(shí)際氣體的性質(zhì) 水蒸氣與濕空氣 理想氣體的熱力過(guò)程,第4章 理想氣體的熱力性質(zhì),第一節(jié) 理想氣體的狀態(tài)方程 第二節(jié) 理想氣體的比熱容 第三節(jié) 理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵 第四節(jié) 理想氣體混合物,4.1 理想氣體的狀態(tài)方程,一、理想氣體與實(shí)際氣體,定義：假想氣體，其分子是些彈性的，不具體積的質(zhì)點(diǎn)；分子間沒(méi)有相互作用力。 熱力學(xué)中，把完全符合 及熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù) 的氣體，稱為理想氣體；否則稱為實(shí)際氣體。,理想氣體：氧氣、氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳、空氣?燃?xì)?、煙氣……（在通常使用的溫度、壓力下?實(shí)際氣體：氨、氟里昂、蒸汽動(dòng)力裝置中的水蒸氣……,摩爾（mol）是國(guó)際單位制中用來(lái)表示物質(zhì)量的基本單位。物質(zhì)中所包含的基本單元數(shù)與0.012千克碳-12的原子數(shù)目相等時(shí)物質(zhì)的量即為1mol。 為6.02251023個(gè)。 實(shí)驗(yàn)表明：任何物質(zhì)6.02251023個(gè)分子的質(zhì)量，以克為單位時(shí)，數(shù)值上恰等于其分子量。 故分子量為M的物質(zhì)，其摩爾質(zhì)量為M。例：水的分子量為18，1mol水中有6.02251023個(gè)水分子，水的摩爾質(zhì)量為18g/mol，或18kg/kmol。 若以m表示物質(zhì)的質(zhì)量，n表示摩爾數(shù)，則： 若以Vm表示1kmol氣體的容積，叫千摩爾容積，則： Vm= Mv m3/kmol,二、摩爾、摩爾質(zhì)量、摩爾容積,三、理想氣體狀態(tài)方程,1kg氣體：,1kmol氣體：,m kg氣體：,n kmol氣體：,R為是一個(gè)既與狀態(tài)無(wú)關(guān)，也與理想氣體種類無(wú)關(guān)的常量，稱為“通用氣體常數(shù)”.,Rg為氣體常數(shù) ,與氣體種類有關(guān)。,VM為千摩爾體積，單位是,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(Tn=273.15K、pn=0.101325MPa), 1kmol氣體體積為：,例4-1 已知氧氣瓶的容積 ，瓶?jī)?nèi)氧氣溫度為20℃，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為15Mpa，試求瓶?jī)?nèi)氧氣的質(zhì)量是多少？,解：,氧氣：,例4-2 剛性容器中原先有壓力為p1、溫度為T1的一定質(zhì)量的某種氣體，已知其氣體常數(shù)為Rg。后來(lái)加入了3kg的同種氣體，壓力變?yōu)閜2、溫度仍為T1。試確定容器的體積和原先的氣體質(zhì)量m1。,解：,4.2 理想氣體的比熱容,一、比熱容及其分類,定義：?jiǎn)挝晃锪课矬w在準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中溫度升高1K（或1?C）所需要的熱量稱為“比熱容”。,千摩爾比熱容：,質(zhì)量比熱容：,體積比熱容：,三者的換算關(guān)系：,定容過(guò)程 和定壓過(guò)程,理想氣體,二、邁耶方程（理想氣體）,,三、應(yīng)用比熱容計(jì)算熱量的方法,（一）真實(shí)比熱容 （溫度的復(fù)雜函數(shù)） （二）定值比熱容（簡(jiǎn)單處理）,（三）平均比熱容計(jì)算熱量的方法,1. 曲線關(guān)系,面積ABCDA,=面積1BC01-面積1AD01,=q02-q01,2. 直線關(guān)系,直線關(guān)系平均比熱容見(jiàn)表4-2，注意：表中t用（t1+t2）代入,例4-3 試分別利用比熱表4-4和比熱表4-2，計(jì)算100kg空氣在定壓下從900℃加熱到1300℃所需的熱量，并進(jìn)行比較。,解:,查表4-4,查表4-2,4.3 理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵,一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓,溫度相同的狀態(tài)點(diǎn)（可能壓力和比體積不同）其熱力學(xué)能和焓就相同。理想氣體的等溫線即為等熱力學(xué)能線、等焓線。,同溫度范圍內(nèi)所有過(guò)程初、終狀態(tài)熱力學(xué)能變化量相同，焓變化量都相同。,理想氣體閉口系可逆過(guò)程， 理想氣體開(kāi)口系可逆過(guò)程,定容,定壓,二、理想氣體的熵,例4-5 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 ，體積為 ，膨脹終了的容積 。。,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(wú)功、熱及物質(zhì)交換）,即：,4.4 理想氣體混合物,T 、V??Pi T、 P ? Vi,分壓力和分體積,道爾頓分壓定律,?,∵,理想混合氣體：由若干不同理想氣體（組分）所組成。,一、道爾頓分壓定律,二、分體積 定律,（亞美格分體積定律）,所以，得到分體積定律,,,1、質(zhì)量分?jǐn)?shù),三、理想混合氣體的分?jǐn)?shù)（成分：三種表示方法）,已知理想混合氣體由n種理想氣體組成，其中任一種組成氣體的質(zhì)量為mi ，分體積為Vi，千摩爾數(shù)為ni(i=1,2,…,n)，則理想混合氣體的分?jǐn)?shù)分別為,,混合氣體總質(zhì)量,,第i種組成氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù),,2、體積分?jǐn)?shù),第i種組成氣體的體積分?jǐn)?shù),,由,由狀態(tài)方程有,,3、摩爾分?jǐn)?shù),混合氣體總摩爾數(shù),第i種組成氣體的摩爾分?jǐn)?shù),,四、理想混合氣體的千摩爾質(zhì)量和氣體常數(shù) （折合）,,,（混合氣體的體積分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)在數(shù)值上是相等的）,五、理想混合氣體的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵,1、比熱容,對(duì)第i種組分,,理想混合氣體的質(zhì)量比熱容,,理想混合氣體的體積比熱容,2、熱力學(xué)能、焓和熵,理想混合氣體的熱力學(xué)能為各組成氣體熱力學(xué)能之和,,,,理想混合氣體的焓和比焓,,,理想混合氣體的熵和比熵,,* 熵不僅與溫度有關(guān)，而且還與壓力有關(guān)。因?yàn)闇囟葹門的組成氣體單獨(dú)存在于體積V中，其分壓力為Pi，所以計(jì)算組成氣體比熵的變化量時(shí)應(yīng)采用其分壓力Pi ，而不是理想混合氣體的壓力P，即,