第三章理想气体的热力性质

掌握理想气体状态方程的各种表达形式，并熟练应用理想气体状态方程进行各种热力计算掌握理想气体比热、平均比热的概念和比热的影响因素及利用各种比热计算热量的方法第三章理想气体的性质掌握理想混合气体分压力、分体积的概念。了解理想混合气体的组成表示及相互之间的换算、折合分子量、比热容的计算

学习目标：

理想气体（idealgas）其状态方程可用简单的式子描述。如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调中的湿空气等。实际气体（realgas）其状态方程不能用简单的式子描述，真实工质。如：火力发电中的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质工程热力学的两大类工质第一节理想气体的概念理想气体定义：忽略气体分子间相互作用力和分子本身体积影响,把气体看做是仅具有质量的弹性质点。理想气体在自然界并不存在，但工程上所应用的多种气体所处的状态非常接近理想气体，如压缩空气、内燃机的燃气、氧气、氮气、二氧化碳等在通常使用的压力和温度范围等都可视为理想气体。一般来说，同一种气体，当它的温度越高、压力越低时就越接近理想气体。即气体处于远离液态的稀薄状态，很难液化时可视为理想气体如蒸汽动力装置中的水蒸气、制冷装置中的制冷剂蒸气（如NH3、R22等）。实际气体很容易液化。对于空气中和混合气体中的少量水蒸气，因分压力很低，分子浓度很低，也可当作理想气体处理。实际气体定义：自然界中存在的气体，凡是分子之间的作用力及分子本身的体积不能忽略，称它为实际气体。第二节理想气体的状态方程一、理想气体的实验定律一定质量的理性气体，绝对温度T不变，绝对压力p和体积V成正比。波义耳-马略特定律：盖·吕萨克定律：一定质量的理想气体，绝对压力p不变，绝对温度T与体积V成正比。一定质量的气体，体积V不变，绝对压力p和绝对温度T成正比。查理定律二、理想气体的状态方程RM：1kmol气体的气体常数，J/(kmol·K)RM:是与气体种类无关,与气体的状态也无关的普适气体常量，称为通用气体常数。

RM＝8314统一单位注意:P：绝对压力Pa；v：比容m3/kg；

T：热力学温度K；R：

1kg气体的气体常数J/(kg·K)随气体种类变化，与状态无关VM：千摩尔容积m3/mol；标准状态下

千摩尔容积VM阿伏伽德罗假说:

相同p和T下各理想气体的摩尔容积VM相同。在标准状况下例1：某船用空气瓶容积为2m3，工作压力为3MPa，室温为20℃，求罐内空气的质量。要保证柴油机启动空气压力不低于1.5MPa，问用去多少空气后需要再充气。

解:(1)

pg1=3MPa，设pb=0.1MPa，则t=20℃，V=2m3（2）pg2=1.5MPa，设pb=0.1MPa，则设罐内剩下的空气质量为m2kg用去的空气质量为由于空气的容积和温度相同，据p1V=m1RT，p2V=m2RT得第三节理想气体的比热容计算内能,焓,热量都要用到比热容1、热容：定义：系统温度升高（降低）1K所吸收（放出）的热量。（KJ/K）影响因素：①物质的性质②物质的量③加热过程的特征④所处的状态定义:单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量SpecificHeats二、比热容分类：c:质量比热容CM:摩尔比热容C＇:容积比热容CM=M·c=22.414C′气体比热物质的性质加热过程所处状态影响比热的因素定压比热CP定容比热CV实际气体：理想气体：3、按定值比热计算

1、按真实比热计算2、按平均比热计算三、理想气体热量的计算1、按真实比热计算热量真实比热：对应于某一温度t的比热值。2、按平均比热计算热量平均比热：气体温度由t1升高到t2，1Kg气体吸收的热量q与温差（t2-t1）的比值。曲线关系平均比热

直线关系平均比热

t

t2

t1

c(cp,cv)

c=f(t)

t

t2

t1

单原子双原子多原子CM,v[J/kmol.K]CM,p

[J/kmol.K]1.671.41.29定值比热：凡分子中原子数目相同因而其运动自由度也相同的气体，它们的摩尔比热值都相等，称为定值比热

3、按定值比热计算热量试计算每千克氧气从200℃定压加热至380℃和从380℃定压加热至900℃所吸收的热量。（1）按平均比热容计算；（2）按定值比热容计算。解

（1）从附表中查得氧气如下平均比热容的值：

例2：则可计算得

每千克氧气从200℃定压加热至380℃所吸收的热量为：每千克氧气从380℃定压加热至900℃所吸收的热量为：

（2）因为氧气是双原子气体，又是定压加热，查表3-1得氧气的定压千摩尔定值比热容为

可计算得氧气定压下的定值质量比热容

则

所以，在温度变化范围大，尤其是涉及较高温度时，用定值比热容计算所得结果误差较大。

在求时，用到线性插值公式。线性插值公式不但在求平均比热容时要用，而且在今后得工程用表都要用到，如水蒸气热力性质表等，故必须掌握。讨论：第四节混合气体的性质无化学反应的理想气体混合物例：锅炉烟气CO2,CO,H2O,N2燃气轮机中的燃气空调工程中的湿空气水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体水蒸气含量可变化，单独研究pTVpTVpTVpTV分压力pi一、分压力维持混合气体的温度和容积不变时，各组成气体所具有的压力

道尔顿分压定律混合气体的总压力p等于各组成气体分压力pi之和pTVpTVpTVpTV分容积Vipartialvolume二、分体积维持混合气体的温度和压力不变时，各组成气体所具有的容积。

阿密盖特分容积定律混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和1、质量分数三、理想混合气体的分数（成分：三种表示方法）已知理想混合气体由n种理想气体组成，其中任一种组成气体的质量为mi，分体积为Vi，千摩尔数为ni(i=1,2,…,n)，则理想混合气体的分数分别为混合气体总质量某组元气体的质量混合气体总质量2、体积分数由由状态方程有某组元气体的容积混合气体总容积3、摩尔分数混合气体总摩尔数（混合气体的体积分数和摩尔分数在数值上是相等的）组元气体的摩尔数混合气体总摩尔数与xi的换算已知xi设混合气体的平均摩尔质量为M，摩尔数为n，则混合气体质量1.平均摩尔质量为M四、平均摩尔质量M和折合气体常数R2、质量成分与混合物气体常数五、理想混合气体的比热容、热力学能、焓和熵1、比热容对第i种组分理想混合气体的质量比热容理想混合气体的体积比热容2、热力学能理想混合气体的热力学能为各组成气体热力学能之和理想混合气体的焓比焓理想混合气体的熵比熵O2N2例题：绝热刚性容器中，p1,O2=0.5MPa,nO2=0.6kmol的氧气与p1,N2