第二章 理想气体的性质

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1、第二章理想气体的性质第一章一开始，我们就讲了工质是实现热能与机械能相互转化的媒介物，热能与机械能的相互转化是靠工质在设备中吸热膨胀作功等状态变化过程实现的。因此必须熟悉常用工质的热力性质。此外，我们也了解到，热能与机械能的转化是通过工质的膨胀实现的，所以，作为这样的工质必须具有可胀缩性和流动性，而在气固液三态中，只有气态具有这种性质，所以，在这一章我们就专门研究的气态的这种性质，研究工质在一定的状态下三个基本状态参数的关系—状态方程式。比热容和内能、焓、熵的计算方法，其中状态方程的建立和比热容的计算是主要的只有知道了工质的状态方程和比热容其他参数，Δu

2、、Δh、Δs才能推算出来。2-1理想气体与实际气体在普通物理学中，已经介绍过理想气体的概念，所谓的理想气体是一种实际并不存在的假想的气体，那么我们为什么还需要研究它呢？一、何为理想气体定义：1、气体分子是些弹性的，不占体积的质点。2、分子相互间没有作用力。二、为什么要研究它1、为了研究方便如果考虑了气体分子之间有相互作用力和分子本身的体积，那么气体的性质就变得很复杂，状态参数之间的函数关系，也会变得很复杂，要用较长的关系式来表达，这样的关系式对我们分析问题带来极大的困难，引入理想气体后，使得气体分子的运动规律大大简化了，这样，不但可以定性地分析气体的热

3、力学现象，还可以定量地得出状态参数之间简单的函数关系，简化了分析计算，然后根据具体情况，加以修正，就可以接近实际气体的计算这种方法在科学研究和生产实践中常用的一种处理问题的方法。2、工程技术上具有实际的意义经过简化之后，能否符合实际情况，偏差有多大，这要看具体条件。当T很高、P很低→气体V很大→离液态很远，因为V很大→分子间距离很大→分子间作用力越小→可以忽略→分子本身的体积相对空间少→忽略作用力，本身的体积→误差不会很大，所以理想气体实质上是实际气体P→0、V→∞时的理想极限状态。工程上，一定状态下的实际气体，都可以处理想气体，例如：H2、O2、N2

4、、CO2及组成的气体，烟气，他们的液化温度较低（1标准大气压-183℃才能液化）离液液态较远，在通常P、T下，可处理为理想气体，误差不大，都在工程所需要的范围。3、什么样的气体可处理为理想气体处理原则重点：*1.状态方程式*2.理气比热3.Δu、Δh、Δs计算P→很低T→温度很高V→很大离液态的趋近程度但对水蒸气不能处理为理想气体∵P→很高、V小，离液态较近而大气和烟气中的水蒸气可看作理气∵P小，浓度低，V大。2-2理想气体状态方程式一、理想气体状态方程式1、方程式建立在第一章提到过，在平衡状态下，气体的基本状态参数（P、T、V）存在着这样一个关系式F

5、（P、T、V）=0这个关系式可以由普通物理学中学过的波义耳-马略特，盖-吕萨克，查理定律说明波-马：T不变，P与V成反比P1V1=P2V2=PV=常数盖-吕：P不变，T与V成正比V1/T1=V2/T2=V/T=常数查理：V不变，T与P成正比T1/P1=T2/P2=T/P=常数克拉贝龙结合F（P、V、T）=0综合上述定律得出一般情况：式中P、T、V表示平衡状态下，理想气体的状态参数。∴此式叫做理想气体状态方程式。2、说明1、R为理想气体常数，与气体性质有关而与状态无关2、在某一状态，若P、V、T中任两个状态参数值确定，第三个参数可由方程确定3、P、V、T

6、中两个参数确定气体状态确定3、单位国际：P：N/m2（Pa）工程：kgf/cm2V:m3/kgm3/kgT:kkR:J/kg·Kkgf·m/kg·K二、摩尔、摩尔质量、摩尔容积1、摩尔：物质中所包含的基本单元数与0.012千克碳-12的原子数目相等时物质的量即为1mol2、摩尔质量：1mol物质的质量1mol气体含的分子数是6.0225×1023个1mol原子含6.02×1023个原子是国际单位制中用来表示物质的量的单位。热力学中基本单元是分子，1mol离子含6.02×1023个离子1mol气体含分子数=1克分子量所含的分子数即任何物质6.022×10

7、23个分子的质量数值上等于分子量，即摩尔质量=分子量。故分子量为u的物质其摩尔质量为ug/molu：ukg/kmolUg/mol可以理解为物质的分子量U可以理解为物质1mol质量可以理解为物质1kmol质量例H2O的分子量是18分子量是1818g/mol18kg/kmol若m表示物质的质量n→摩尔数∴n=m/u3、摩尔体积VmVm=u·v即1千摩尔气体的容积叫千摩尔容积若m-g摩尔容积v=dm3/gVm=uvdm3/molU=g/mol若m-kgv=m3/kgVm=uvm3/kmolU=kg/kmol千摩尔容积4、阿佛加德罗定律同温同压下，同体积的各种

8、气体具有相同的分子数若对于两种任一气体，当时又∵∴即同温同压下各种气体的摩尔容积都相等是物质量