理想气体的性质与过程

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1、重点内容①牢固掌握理想气体的概念及其适用条件；②灵活应用理想气体方程式；第五章气体的性质引言热能转换为机械能要依靠工质的膨胀才能实现，作为工质应具备：①最佳的膨胀性；②最佳的压力；③最高的热容量。工程实际中常用的工质有蒸汽动力装置的水蒸汽、致冷装置的致冷剂（氨、Ｒ12、Ｒ22等）、空调系统的空气以及燃气灶具的可燃气体（如天然气、煤制气等）。§5-1　理想气体状态方程式一理想气体与实际气体１理想气体２实际气体作为理想气体处理的判据３实际意义二.理想气体状态方程式１理想气体状态方程式的四种形式：２用途三.举例１理想气体（IdealGas）理想气体是假设气体分子是一些弹性

2、的、不占有体积的质点，分子之间没有作用力（引力和斥力）。２实际气体作为理想气体处理的判据实际气体分子之间的距离足够远。参数条件：p→０或ｖ→∞；单、双原子气体在常温条件下，p＝1-2MPa即可认为是p→0。状态条件：实际气体所处状态离液态较远。３实际意义理想气体是一种经过科学抽象的假想气体模型，在这种条件下的气体分子运动规律，尤其是状态方程式可以大为简化。其作用有二：一是在工程计算所要求的精确度范围内，将实际气体完全可以当作理想气体看待，而不致引起太大的误差，如通常压力和温度条件下的空气、氧气、二氧化碳、烟气或燃气等；二是由理想气体得到的结论，经过一定程度上的修正即

3、可应用于实际气体。所有这些均使我们可以既抓问题的主要方面又可使分析解决过程大为简化。二.理想气体状态方程式（IdealGasStateFunction）１理想气体状态方程式的四种形式：１ｋｇ工质pｖ＝ＲＴ；ｍｋｇ工质pＶ＝ｍＲＴ１kmol工质pＶM＝ＲMＴ；ｎkmol工质pＶ＝ｎＲMＴ注意：1.气体常数Ｒ和摩尔气体常数Ｒ0ＲM＝8314J/kmolＫ＝8.314J/molＫ，是常数，与气体种类和气体的状态均无关。Ｒ＝ＲM／ＭJ/ＫｇＫ，Ｒ与气体的状态无关，但与气体的种类有关。注意：2.单位统一配套p(Pa)，ｖ(m3／kg)，Ｔ(K)，Ｒ(J/kg.K)，ＲM(J

4、／kmol.K)，ＶM(m3／kmol)，ｍ(kg)，ｎ（kmol）。3.压力一定要用绝对压力，因为只有绝对压力才是状态参数。§5-2　理想气体比热一.比热的定义及单位包括热量的计算方法二.定容比热及定压比热三.比热的确定方法定值比热、真实比热、平均比热。一.比热的定义及单位１定义比热(Specific Heat)在热力学中定义为单位物质量的工质温度升高或降低１Ｋ所需吸收或放出的热量。即ｃ＝δｑ／ｄＴ它不是状态参数，是过程量。２单位根据物质量的不同，比热的单位为：质量比热ｃJ/kgK;容积比热ｃ’J/ｍ3K*摩尔比热MｃJ/kmolK。换算关系c’=Ｍｃ/22.4=

5、cρ０*（这里m３指标准立方米，即Ｎｍ３）；３热量的计算⑴可逆过程ｑ＝∫21TdsJ/kg;Ｑ＝∫21TdsJ/kg一般无法使用，原因一是仅适用于可逆过程，二是Ｔ＝ｆ（ｓ）函数形式难以确定．⑵借助于比热由比热的定义，可以得到：Ｑ＝ｍ∫21cdTＪ（ｍkg工质）＝Ｖ0∫21c’dTＪ（Ｖ0Nm３工质）＝ｎ∫21ＭcdTＪ（ｎkmol工质）由于比热是过程量，利用该式计算热量，首先要确定某一特定过程的比热大小．二.定容比热及定压比热１定容比热在定容条件下，单位物质量的气体温度升高或降低１Ｋ所需吸收或放出的热量。即:ｃＶ＝δqＶ/dT同样有ｃＶ、ｃＶ＇、ＭｃＶ。２定压比热在

6、定压条件下，单位物质量的气体温度升高或降低１Ｋ所需吸收或放出的热量。即:ｃｐ＝δqｐ/dT同样有ｃｐ、ｃｐ＇、Ｍｃｐ。注意：⑴只有气体才谈得上定容比热和定压比热，因为气体具备可压缩性，而固体和液体在加热和冷却过程中，体积不变或变化很小，各种过程的比热几乎相等。⑵由于已规定了过程的性质，定容比热和定压比热是状态参数。⑶定容比热和容积比热是两个截然不同的物理量。３定容比热和定压比热的换算关系对于理想气体，迈耶公式成立，即cP=cＶ+RcP’=cＶ’+Rρ0McP=McＶ+MR……　①若定义比热比(又称绝热指数)k=cP/cv，再代入迈耶公式可以得到ｃP＝kR/(k-1)

7、与ｃv＝R/(k-1)……　②注意：①式比②式更为准确，因为ｋ值往往不易准确确定。三.比热的确定方法根据对精度要求的不同，比热可以有三种确定方法，对应的比热分别称为定值比热真实比热平均比热。１定值比热在热工计算中，当工质温度较低，温度范围变化不大或计算精度要求不高时，常用定值比热计算。定值定容比热ｃv=iR/2Mｃv＝iR0/2定值定压比热ｃＰ=(i+2)R/2Mｃp=(i+2)R0/2其中单原子气体ｉ=3；双原子气体(如空气、氧气)ｉ=5；多原子气体(如ＣＯ2)ｉ=7。注意：适用条件为理想气体且温度变化范围小。计算较为简单但精度较低．２真实比热理想气体的比热实