工程热力学第三章上课件

第三章气体的热力性质和热力过程第三章气体的热力性质和热力过程13－1理想气体的概念理想气体指分子间没有相互作用力、分子是不具有体积的弹性质点的假想气体实际气体是真实气体，在工程使用范围内离液态较近，分子间作用力及分子本身体积不可忽略，热力性质复杂，工程计算主要靠图表理想气体是实际气体p0的极限情况。理想气体与实际气体3－1理想气体的概念理想气体指分子间没有相互作用力、分子是2提出理想气体概念的意义简化了物理模型，不仅可以定性分析气体某些热现象，而且可定量导出状态参数间存在的简单函数关系在常温、常压下H2、O2、N2、CO2、CO、He及空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理，误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具有重要的实用意义。提出理想气体概念的意义33－2理想气体状态方程式和摩尔气体常数理想气体的状态方程式Rg为气体常数（单位J/kg·K），与气体所处的状态无关，随气体的种类不同而异理想气体在任一平衡状态时p、v、T之间关系的方程式即理想气体状态方程式，或称克拉贝龙(Clapeyron)方程。3－2理想气体状态方程式和摩尔气体常数理想气体4通用气体常数（也叫摩尔气体常数）R通用气体常数不仅与气体状态无关，与气体的种类也无关气体常数之所以随气体种类不同而不同，是因为在同温、同压下，不同气体的比容是不同的。如果单位物量不用质量而用摩尔，则由阿伏伽德罗定律可知，在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的，因此得到通用气体常数R表示的状态方程式：通用气体常数（也叫摩尔气体常数）R通用气体常数不仅与气体状5气体常数与通用气体常数的关系：M为气体的摩尔质量气体常数与通用气体常数的关系：M为气体的摩尔质量6工程热力学第三章上课件7不同物量下理想气体的状态方程式mkg理想气体1kg理想气体nmol理想气体1mol理想气体不同物量下理想气体的状态方程式mkg理想气体1kg83－3理想混合气体理想气体混合物中各组元气体均为理想气体，因而混合物的分子都不占体积，分子之间也无相互作用力。因此混合物必遵循理想气体方程，并具有理想气体的一切特性。3－3理想混合气体理想气体混合物中各组元气体均为理想气91、混和气体的成分混合气体成分的几种表示方法：体积分数：

Vi为分体积质量分数：摩尔分数：1、混和气体的成分混合气体成分的几种表示方法：体积分数：V10

wi、xi、i的转算关系wi、xi、i的转算关系112混合气体平均摩尔质量2混合气体平均摩尔质量12混合气体的气体常数混合气体的气体常数133、分压力定律和分体积定律分压力及分体积在与混合物温度相同的情况下，每一种组成气体都独自占据体积V时，组成气体的压力称为分压力。用pi表示。

各组成气体都处于与混合物温度、压力相同的情况下，各自单独占据的体积称为分体积。用Vi表示。3、分压力定律和分体积定律分压力及分体积在与混合物温度相14分压力定律混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，称为道尔顿(Dalton)分压定律分压力定律混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，称为15分体积定律理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和，称为亚美格(Amagat)分体积定律分体积定律理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和163－4气体的热力性质1kg物质温度升高1K所需的热量称为比热容：1比热容的定义物体温度升高1K所需的热量称为热容：3－4气体的热力性质1kg物质温度升高1K所需的热量称为比171mol物质的热容称为摩尔热容Cm

，单位：J/(mol•K)标准状态下1m3物质的热容称为体积热容C´，单位：J/(m3•K)比热容、摩尔热容及体积热容三者之间的关系：

Cm=Mc=0.0224141C´1mol物质的热容称为摩尔热容Cm，单位：J/(mol18定压比热容：可逆定压过程的比热容定压比热容及定容比热容热量是过程量，因此比热容也与各过程特性有关，不同的热力过程，比热容也不相同：定容比热容：可逆定容过程的比热容定压比热容：可逆定压过程的比热容定压比热容及定容比热容19焓值h=u+pv，对于理想气体h=u+RgT，可见焓与压力无关，理想气体的焓也是温度的单值函数：对于理想气体，cp、cv是温度的单值函数，因此它们也是状态参数。对于理想气体，其分子间无作用力，不存在内位能，热力学能只包括取决于温度的内动能，与比体积无关，理想气体的热力学能是温度的单值函数：焓值h=u+pv，对于理想气体h=u+RgT，可见焓与压力无20定压比热容与定容比热容的关系迈耶公式：迈耶公式定压比热容与定容比热容的关系迈耶公式：迈耶公式21理想气体比热容的计算真实比热容将实验测得的不同气体的比热容随温度的变化关系，表达为多项式形式：理想气体比热容的计算真实比热容将实验测得的不同气体的22工程热力学第三章上课件23工程热力学第三章上课件24定值比热容：工程上，当气体温度在室温附近，温度变化范围不大或者计算精确度要求不太高时，将比热视为定值，参见附表3。亦可以用下面公式计算：气体种类cV[J/(kg·K)]cp[J/(kg·K)]单原子双原子多原子3×Rg/25×Rg/27×Rg/25×Rg/27×Rg/29×Rg/21.671.401.30定值比热容：工程上，当气体温度在室温附近，温度变化范围不25

应该指出，单原子气体的定容比热容和定压比热容基本上是定值的，可以认为与温度无关。对双原子气体和多原子气体，如果温度接近常温，为了简化计算；可将比热容看作定值。通常取298K(25度)时气体比热容的值为定比热容的值。某些常用气体在理想气体状态下的定比热容可查阅附表1应该指出，单原子气体的定容比热容和定压比热容基本上是定值的26热容比：热容比：273理想气体的热力学能、焓、熵热力学能和焓理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数：3理想气体的热力学能、焓、熵热力学能和焓理想气体的热28工程上的几种计算方法：按定值比热容计算；工程上的几种计算方法：按定值比热容计算；29按真实比热容计算；按真实比热容计算；30按平均比热容计算；按平均比热容计算；31状态参数熵熵的定义：式中，下标“rev”表示可逆，T为工质的绝对温度。状态参数熵熵的定义：式中，下标“rev”表示可逆32熵是状态参数：熵是状态参数：33理想气体的熵方程熵方程的推导：理想气体的熵方程熵方程的推导：34工程热力学第三章上课件35工程热力学第三章上课件36

本章应注意的问题

2．考虑比热随温度变化后，产生了多种计算理想气体热力参数变化量的方法，要熟练地掌握和运用这些方法，必须多加练习才能达到目的。1．运用理想气体状态方程确定气体的数量和体积等，需特别注意有关物理量的含义及单位的选取。3．在非定值比热情况下,理想气体内能、焓变化量的计算方法，理想混合气体的分量表示法，理想混合气体相对分子质量和气体常数的计算。本章应注意的问题

2．考虑比热随温度变化后，产生了多种计算37第三章气体的热力性质和热力过程第三章气体的热力性质和热力过程383－1理想气体的概念理想气体指分子间没有相互作用力、分子是不具有体积的弹性质点的假想气体实际气体是真实气体，在工程使用范围内离液态较近，分子间作用力及分子本身体积不可忽略，热力性质复杂，工程计算主要靠图表理想气体是实际气体p0的极限情况。理想气体与实际气体3－1理想气体的概念理想气体指分子间没有相互作用力、分子是39提出理想气体概念的意义简化了物理模型，不仅可以定性分析气体某些热现象，而且可定量导出状态参数间存在的简单函数关系在常温、常压下H2、O2、N2、CO2、CO、He及空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理，误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具有重要的实用意义。提出理想气体概念的意义403－2理想气体状态方程式和摩尔气体常数理想气体的状态方程式Rg为气体常数（单位J/kg·K），与气体所处的状态无关，随气体的种类不同而异理想气体在任一平衡状态时p、v、T之间关系的方程式即理想气体状态方程式，或称克拉贝龙(Clapeyron)方程。3－2理想气体状态方程式和摩尔气体常数理想气体41通用气体常数（也叫摩尔气体常数）R通用气体常数不仅与气体状态无关，与气体的种类也无关气体常数之所以随气体种类不同而不同，是因为在同温、同压下，不同气体的比容是不同的。如果单位物量不用质量而用摩尔，则由阿伏伽德罗定律可知，在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的，因此得到通用气体常数R表示的状态方程式：通用气体常数（也叫摩尔气体常数）R通用气体常数不仅与气体状42气体常数与通用气体常数的关系：M为气体的摩尔质量气体常数与通用气体常数的关系：M为气体的摩尔质量43工程热力学第三章上课件44不同物量下理想气体的状态方程式mkg理想气体1kg理想气体nmol理想气体1mol理想气体不同物量下理想气体的状态方程式mkg理想气体1kg453－3理想混合气体理想气体混合物中各组元气体均为理想气体，因而混合物的分子都不占体积，分子之间也无相互作用力。因此混合物必遵循理想气体方程，并具有理想气体的一切特性。3－3理想混合气体理想气体混合物中各组元气体均为理想气461、混和气体的成分混合气体成分的几种表示方法：体积分数：

Vi为分体积质量分数：摩尔分数：1、混和气体的成分混合气体成分的几种表示方法：体积分数：V47

wi、xi、i的转算关系wi、xi、i的转算关系482混合气体平均摩尔质量2混合气体平均摩尔质量49混合气体的气体常数混合气体的气体常数503、分压力定律和分体积定律分压力及分体积在与混合物温度相同的情况下，每一种组成气体都独自占据体积V时，组成气体的压力称为分压力。用pi表示。

各组成气体都处于与混合物温度、压力相同的情况下，各自单独占据的体积称为分体积。用Vi表示。3、分压力定律和分体积定律分压力及分体积在与混合物温度相51分压力定律混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，称为道尔顿(Dalton)分压定律分压力定律混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，称为52分体积定律理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和，称为亚美格(Amagat)分体积定律分体积定律理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和533－4气体的热力性质1kg物质温度升高1K所需的热量称为比热容：1比热容的定义物体温度升高1K所需的热量称为热容：3－4气体的热力性质1kg物质温度升高1K所需的热量称为比541mol物质的热容称为摩尔热容Cm

，单位：J/(mol•K)标准状态下1m3物质的热容称为体积热容C´，单位：J/(m3•K)比热容、摩尔热容及体积热容三者之间的关系：

Cm=Mc=0.0224141C´1mol物质的热容称为摩尔热容Cm，单位：J/(mol55定压比热容：可逆定压过程的比热容定压比热容及定容比热容热量是过程量，因此比热容也与各过程特性有关，不同的热力过程，比热容也不相同：定容比热容：可逆定容过程的比热容定压比热容：可逆定压过程的比热容定压比热容及定容比热容56焓值h=u+pv，对于理想气体h=u+RgT，可见焓与压力无关，理想气体的焓也是温度的单值函数：对于理想气体，cp、cv是温度的单值函数，因此它们也是状态参数。对于理想气体，其分子间无作用力，不存在内位能，热力学能只包括取决于温度的内动能，与比体积无关，理想气体的热力学能是温度的单值函数：焓值h=u+pv，对于理想气体h=u+RgT，可见焓与压力无57定压比热容与定容比热容的关系迈耶公式：迈耶公式定压比热容与定容比热容的关系迈耶公式：迈耶公式58理想气体比热容的计算真实比热容将实验测得的不同气体的比热容随温度的变化关系，表达为多项式形式：理想气体比热容的计算真实比热容将实验测得的不同气体的59工程热力学第三章上课件60工程热力学第三章上课件61定值比热容：工程上，当气体温度在室温附近，温度变化范围不大或者计算精确度要求不太高时，将比热视为定值，参见附表3。亦可以用下面公式计算：气体种类cV[J/(kg·K)]cp[J/(kg·K)]单原子双原子多原子3×Rg/25×Rg/27×Rg/25×Rg/27×Rg/29×Rg/21.671.401.30定值比热容：工程上，当气体温度在室温附近，温度变化范围不62

应该指出，单原子气体的定容比热容和定压比热容基本上是定值的，可以认为与温度无关。对双原子气体和多原子气体，如果温度接近常温，为了简化计算；可将比热容看作定值。通常取298K(25度)时气体比热容的值为定比热容的值。某些常用气体在理想