第二章 气体的热力性质

第二章气体的热力性质第1页，课件共43页，创作于2023年2月2-1理想气体与实际气体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。一、理想气体与实际气体第2页，课件共43页，创作于2023年2月定义：热力学中，把完全符合及热力学能仅为温度的函数的气体，称为理想气体；否则称为实际气体。理想气体：氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空气、燃气、烟气……（在通常使用的温度、压力下）实际气体：氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气……第3页，课件共43页，创作于2023年2月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。第4页，课件共43页，创作于2023年2月二、理想气体状态方程理想气体的状态方程式R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。第5页，课件共43页，创作于2023年2月通用气体常数（也叫摩尔气体常数）R0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R0表示的状态方程式：第6页，课件共43页，创作于2023年2月气体常数与通用气体常数的关系：M为气体的摩尔质量第7页，课件共43页，创作于2023年2月V：nKmol气体容积m3；

V：质量为mkg气体所占的容积；P：绝对压力Pa；v：比容m3/kg；T：热力学温度K状态方程VM：摩尔容积m3/kmol；RM

：通用气体常数，J/kmol·K；第8页，课件共43页，创作于2023年2月例3-1

已知氧气瓶的容积，瓶内氧气温度为20℃，安装在瓶上的压力表指示的压力为15MPa，试求瓶内氧气的质量是多少？设大气压力为Pa。解：氧气：第9页，课件共43页，创作于2023年2月例3-2

刚性容器中原先有压力为p1、温度为T1的一定质量的某种气体，已知其气体常数为R。后来加入了3kg的同种气体，压力变为p2、温度仍为T1。试确定容器的体积和原先的气体质量m1。解：第10页，课件共43页，创作于2023年2月3-2理想气体比热容1kg物质温度升高1K所需的热量称为比热容：一、比热容的定义与单位物体温度升高1K所需的热量称为热容：第11页，课件共43页，创作于2023年2月比热容的分类1mol物质的热容称为摩尔热容MC

，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：

C0.0224=Mc=0.0224C´第12页，课件共43页，创作于2023年2月定压比热容：可逆定压过程的比热容二、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第13页，课件共43页，创作于2023年2月定压比热容与定容比热容的关系迈耶公式设1kg某理想气体，温度升高Dt,所需热量为：按定容加热：按定压加热：二者之差：第14页，课件共43页，创作于2023年2月比热比：第15页，课件共43页，创作于2023年2月三、定值比热容、真实比热容与平均比热容1、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：(比热容与绝对温度的关系)(比热容与摄氏温度的关系)第16页，课件共43页，创作于2023年2月2、平均比热容(1)曲线关系面积ABCDA=面积1BC01-面积1AD01ct012ABD(t1)C(t2)c=b0+b1t+b2t2+┉=q02-q01第17页，课件共43页，创作于2023年2月见附表5，比热容的起始温度同为0°C，这时同一种气体的只取决于终态温度t第18页，课件共43页，创作于2023年2月3、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)]k单原子双原子多原子3×Rg/25×Rg/27×Rg/25×Rg/27×Rg/29×Rg/21.661.401.29第19页，课件共43页，创作于2023年2月2-3混合气体的性质

假定：1.混合气体内部无化学反应，成分不变；2.各组元气体都有理想气体的性质，3.混合后仍具有理想气体的性质；4.各组元气体彼此独立，互不影响。第20页，课件共43页，创作于2023年2月一、分压力定律和道尔顿分压力定律1、分压力定义分压力是假定混合气体中组成气体单独存在，并具有与混合气体相同的温度和容积式自占据体积时的压力。用pi表示。第21页，课件共43页，创作于2023年2月T,V

p1T,V

p2T,V

p

nT,…

V

2、分压力定律第22页，课件共43页，创作于2023年2月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)分压定律第23页，课件共43页，创作于2023年2月二、混合气体的分体积和阿密盖特

分容积定律

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。分容积定义：第24页，课件共43页，创作于2023年2月p,T

p,TV1,

n1p,TV2,n2p,TV

n,n

nV=V1+V2+┅+Vi+┅+Vnn=

n1+n2+┅+ni+┅+nn…分容积定律第25页，课件共43页，创作于2023年2月理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和，称为阿密盖特分体积定律第26页，课件共43页，创作于2023年2月

相对成分=分量

总量相对成分

混合气体质量kg摩尔数kmol容积m3项目第i种组成气体绝对成分三、混合气体成分表示方法及换算1、混合气体成分的几种表示方法：第27页，课件共43页，创作于2023年2月体积分数：

Vi为分体积质量分数：摩尔分数：第28页，课件共43页，创作于2023年2月gi、xi、ri的转算关系第29页，课件共43页，创作于2023年2月混合气体折合分子量四、混合气体的折合分子量与气体常数第30页，课件共43页，创作于2023年2月混合气体的折合气体常数第31页，课件共43页，创作于2023年2月五、分压力的确定第32页，课件共43页，创作于2023年2月六、混合气体的比热容第33页，课件共43页，创作于2023年2月例：混合气体的质量成分为空气g1=95%，燃气g2=5%。已知空气的气体常数R1=287J/（kg.k）。试求混合气体的气体常数、容积成分和标准状态下的密度。解：第34页，课件共43页，创作于2023年2月2-4实际气体状态方程一、范德瓦尔方程（1873年） 范德瓦尔考虑到两点：

1.气体分子有一定的体积，所以分子可自由活动的空间为（v-b) 2.气体分子间的引力作用，气体对容器壁面所施加的压力要比理想气体的小，用内压修正压力项。第35页，课件共43页，创作于2023年2月范德瓦尔方程:问题:在p-V图中,范德瓦尔方程的等温曲线是什么形状?与理想气体等温曲线有什么差异?第36页，课件共43页，创作于2023年2月（范德瓦尔方程理论曲线）。vpFFT

cT2GcABDMNHvpT

1T2T

3（理想气体等温曲线）第37页，课件共43页，创作于2023年2月2-5对应态定律与压缩因子图一、对应态原理

对多种流体的实验数据分析显示，接近各自的临界点时所有流体都显示出相似的性质，这说明各种流体在对应状态下有相同的对比性质,即:

如范德瓦尔方程可改写为：第38页，课件共43页，创作于2023年2月范德瓦尔方程为：(a)(c)(b)将代入(a),得:将代入(c),即可得。(d)第39页，课件共43页，创作于2023年2月二、通用压缩因子图

第40页，课件共43页，创作于2023年2月第41页