1、第三章理想气体的性质主要内容n 理想气体的概念n 理想气体状态方程n 理想气体的比热容n 理想气体的热力学能，焓和熵n 理想气体混合物 理想气体的概念p为什么要提出理想气体这个概念l热能转变为机械能是通过工质来实现的l除了掌握热力学定律外，需具备工质热力性质方面的知识l实际气体不便于分析和研究p理想气体是一种假想的气体模型，气体分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子之间没有相互作用力.工程中常用的氧气、氮气、氢气、一氧化碳等及其混合气体、燃气、烟气等工质，在通常使用的温度、压力下都可作为理想气体处理特点：气体压力趋近于零，比体积趋近于无穷大时的极限状态p实际气体不符合上述理想气体两个微观假设条
2、件的，则称为实际气体.如：水蒸气、氟里昂蒸汽、氨蒸汽等，它们距离液体较近，不能忽略分子本身的体积和分子间的作用力.理想气体状态方程式TRpvgp克拉贝龙方程单位p:Pav:m3/kgT:KRg:J/(kgK)p 摩尔质量是用来表示物质的量的基本单位mol任何物质的分子数为6.02251023mol物质的质量为摩尔质量，单位为（kg/mol)p 摩尔体积mol气体的体积为摩尔体积(m3/mol)Mmn MvVm 大量实验证明，理想气体的三个基本状态参数间存在着一定的函数关系：R R为通用气体常数，与气体种类及状态无关：R8314J/(kmolK).R Rg g为气体常数，与气体种类有关：TRpv
3、gRTpVmnRTpV 1kgmkg1molnmolMKmolJMRRg)/(314.8TmRpVg 理想气体的比热容一热容的定义及单位物体温度升高1K所吸收的热量，用C表示,单位J/K分类：质量比热：质量比热：单位质量物质的热容量，用c表示，单位为 J/(kgK)；摩尔比热：摩尔比热：单位mol物质的热容量，用cm表示，单位为 J/(molK)；体积比热：体积比热：标准状态下1m3物质的热容量，用c表示，单 位为J/(m3K)；ccMCm022414.0dTQC二影响比热容的因素过程特性对温度和比热容的影响：过程特性对温度和比热容的影响：一定量的物质在吸收或放出热量时，其温度变化的大小取决于
4、工质的性质、数量和所经历的过程经验表明，同一种气体在不同条件下，如在保存容积不变或压力不变的条件下加热，同样温度升高1K所需的热量是不同的u定容比热容定容比热容(c(cv v)：在定容情况下，单位质量的气体，温度升高1K所吸收的热量vdpdhqpdvduq,0dvvvvVTudTpdvdudTqcdTducv理想气体u定压比热容（定压比热容（c cp p）：）：在定压情况下，单位质量的气体,温度升高1K所吸收的热量 比热间的关系对于理想气体：ppppThdTvdpdhdTqcdTdhcp理想气体gvpRccgRdTdudTdh气体在定压下受热时，由于温度升高的同时，还要克服外力膨胀做功，而在定
5、容过程中，并不膨胀对外做功，故同样升高1K，定压时比定容下受热需要更多的热量，也就意味着定压比热比定容比热大比热容比：vpccgvRc11gpRc1迈耶公式RCCmvmp,三用比热容计算热量方法：方法：n真实比热容表达式n平均比热容表达式n平均比热容直线关系式332210TaTaTaac1210202112tttctcctt21212ttbaccdTq1221ttcqttu 用定值比热容计算热量精度要求不高时，忽略温度对比热容的影响，取比热精度要求不高时，忽略温度对比热容的影响，取比热容为定值，称为容为定值，称为定值比热容定值比热容对于理想气体，凡分子中原子数目相同的气体，其千摩对于理想气体，
6、凡分子中原子数目相同的气体，其千摩尔比热容相同且为定值这样定值质量比热容和定值容积比尔比热容相同且为定值这样定值质量比热容和定值容积比热容可求。热容可求。对于对于mkgmkg质量气体，所需热量为：质量气体，所需热量为：对于标准状态下对于标准状态下V V0 0气体，所需热量为：气体，所需热量为：)(12TTmcQ)(120TTcVQ 理想气体的热力学能、焓及熵一热力学能和焓2121uu2121 hh21ttppdtcqh21ttvvdtcqu对于理想气体的任何过程：dTcduvdTcdhppdvdTcqvvdpdTcqp可逆二状态参数熵对于理想气体 从状态变化到状态时，熵变完全取决于初态和终态，
7、而与过程经历的途径无关Tqdsrev1221ln21ppRTdTcsgTTp21s可逆pdpRTdTcTvdpdTcdsgpp三理想气体熵变计算 内能、焓和熵为状态参数，只与初终状态有关，与中间过程无关，故理想气体无论经历什么过程，包括不可逆过程，只要过程的初态、终态参数确定，比热容可以取定值，则都可以用以上各式计算变化量1212lnlnvvcppcspv1221ln21ppRTdTcsgTTp真实比热容定值比热容1212lnlnvvRTTcsgv1212lnlnppRTTcsgp1221ln21vvRTdTcsgTTv212121vvpppvvdvcpdpcs习题CO2按定压过程流经冷却器，
8、p1=p2=0.105MPa,温度由600K冷却到366，试计算1KgCO2的热力学能变化量、焓变化量及熵变化量，使用平均比热容表 水蒸汽的饱和状态p汽化和液化n汽化 物质从液态变为气态的相变过程，有蒸发和沸腾两种方式：蒸发：液体表面的汽化过程，任何温度下都可以发生沸腾：液体表面和内部的汽化过程，只能在达到沸点温度时才发生 汽化速度的大小取决于液体温度的高低n液化物质从气态变为液态的相变过程，也称为凝结，液化与汽化是物质相变的两种相反过程 凝结速度的大小取决于蒸汽的压力p饱和状态水蒸气在密闭容器中，汽、液两相平衡共存的状态此时的平衡共存其实是一种汽化速度和凝结速度相等的动态平衡处于饱和状态的蒸
9、汽为饱和蒸汽，液态水为饱和水 工质处于饱和状态时的压力和温度分别称为饱和压力与饱和温度.饱和温度和饱和压力是一一对应的关系，饱和压力愈高，对应的饱和温度也愈高 水蒸气的定压产生过程工程上所用的水蒸气是由锅炉在压力不变的情况下产生的，水蒸气的发生过程，即是水的定压汽化过程在此过程中，工质会经过三个阶段、五种状态的变化u预热阶段由未饱和水加热为相应压力下的饱和水两种状态：未饱和水和饱和水u汽化阶段由饱和水加热为饱和蒸汽的阶段称为汽化阶段两种状态：湿蒸汽(湿饱和蒸汽)和饱和蒸汽(干饱和 蒸汽)u过热阶段由饱和蒸汽加热为过热蒸汽的阶段一种状态：过热蒸汽p几个概念u过冷水水温低于饱和温度时u液体热水在定压下从未饱和状态加热到饱和状态所需的热量u湿蒸气蒸气和水的混合物u汽化潜热由饱和水定压加热为干饱和蒸气的过程中所吸收的热量u过热度过热蒸气其温度超过饱和温度之值p水蒸气的图和图可归结为一点两线三区五态一点两线三区五态：n一点：临界点（饱和水线与干饱和蒸汽线的交点）n两线：饱和水线（下界线）与干饱和蒸汽线（上界线）n三区：未饱和水区（液相区）、湿蒸汽区（汽液两相区）和过热蒸汽区（气相区）n五态：未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽
