[工学]第3章 理想气体的性质 上

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1、第三章理想气体的性质本章基本要求4掌握混合气体分压力、分容积的概念5理想气体热力学能、焓和熵1掌握理想气体状态方程的各种表述形式，并应用理想气体状态方程及理想气体定值比热进行各种热力计算2掌握理想气体平均比热的概念和计算方法3理解混合气体性质实际气体:气体分子占有一定体积,分子之间有相互作用力.理想气体:一种实际上不存在的假想气体，其分子是弹性的不占据体积的质点，分子相互间没有作用力实际气体与理想气体的定义相关定义为什么要提出理想气体呢？为了便于研究自然界中客观存在的、比较复杂的真实气体，从复杂的现象中抓住事物的本质使问题

2、得以合理的简化，简化计算而提出。具体的说：第一，在通常的工作参数范围内，按理想气体性质来计算气体工质的热力性质具有足够的精确度，其误差在工程上往往是允许的。对于一般的气体热力发动机和热工设备中的气体工质，在无特殊精确度要求的情况下，多可按理想气体性质进行热力计算。第二，理想气体性质是研究工质热力性质的基础。理想气体性质反映了气态工质的基本特性，更精确的气体、蒸气的热力性质表达式，往往可以在理想气体性质的基础上引入各种修正得出。§3-1理想气体①分子为不占体积的弹性质点②除碰撞外分子间无作用力③理想气体是实际气体在低压高温时

3、的抽象一、理想气体的基本假设工程常见的理想气体1、理想气体（idealgas）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2、实际气体（realgas）不能用简单的式子描述，真实工质火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等氢气、氮气、氧气、二氧化碳、空气、烟气等，在压力不是很高和温度不是很低的条件下其性质都非常接近于理想气体，在应用所要求的精确度内，完全可以把这些气体当作理想气体看待;但是,当实际气体p很小,V很大,T不太低时,即处于远离液态的稀薄状态时,可视为理想气体。哪些气体可当作理想

4、气体T>常温，p<7MPa的双原子分子理想气体O2,N2,Air,CO,H2如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等三原子分子（H2O,CO2)一般不能当作理想气体特殊，如空调的湿空气，高温烟气的CO2，可以任何实际气体在压力趋于零，比体积趋于无穷大，而且温度不是很低的时候，均具有理想气体性质。虽然自然界中并不存在真正的理想气体，但这些理想气体的假设并不是凭空臆想出来的。自然界中并不存在真正的理想气体，它是实际气体在p→0的一种极限情况。理想气体的提出，无论是对工程实践或是对理论问题的研究都有着重要的意义。以后章节中所提

5、到的“气体”，若不特别指明其含义，指的就是理想气体。理想气体的工程应用价值重要意义体现在何处？见前面问题：为什么要提出理想气体？锅炉产生的水蒸气，以及制冷剂（如氨、氟里昂等）蒸气、石油气等，由于它们距离液态较近，不能忽略蒸气分子本身所占有的体积和分子间的相互作用力，因而不能当作理想气体看待，否则在计算中将会产生很大的误差。对于距离液态较近以及不能忽略分子本身的体积和分子间作用力的气体，则称为实际气体。实际气体§3-2理想气体的状态方程一、理想气体的状态方程1、理想气体分子运动论理想气体微观模型①气体分子本身的体积可忽略②分

6、子不断地作无规则运动，分子间的引力可完全忽略不及③分子彼此之间以及分子与器壁之间的碰撞完全是弹性的④气体分子的平均平动能E:一个分子的平均平动能Em:1mol分子的平均平动能k=1.381×10-23J.K-1Boltzmann常数2、理想气体的压强：m:一个分子的质量V:气体的体积N:气体分子的个数u2:气体分子速率平方的平均值实验表明：平衡态、气体压力、温度、比容存在一定关系1、波义耳－马略特定义：在温度不变的条件下，气体的压力和比容成反比。P1v1＝p2v2＝…＝pv＝const(1)3、理想气体状态方程式2、盖•吕

7、萨克定律：在压力不变的条件下，气体的比容和绝对温度成反比。即(2)气体常数：J/(kg.K)Pam3kgKR=MRg=8.3145J/(mol.K)3、理想气体的状态方程注意:1.理想气体状态方程中压力p必须用绝对压力2.式中R的单位应与p,v,T的单位一致,即p用Pa时,R用8.3145J/(mol·K)上述理想气体状态方程中压力p用什么压力？状态方程的应用1求平衡态下的参数2两平衡状态间参数的计算3标准状态与任意状态或密度间的换算4求气体体积膨胀系数例试按理想气体状态方程求空气在温度300K和90K、标准大气压压力条件

8、下的比体积v。已知：空气气体常数Rg=287.06J/(kg·K)解：根据阿伏加德罗定律，在标准状态下（p0=101325Pa，T0=273.15K），1mol任何气体的体积都是22.414×10-3m3。将标准状态下的压力、温度及摩尔体积代入：相对误差=本例说明：低温高压时，应用理想气体假设有较大误差