第3章 理想气体的性质与热力过程

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1、工程热力学与传热学工程热力学第三章理想气体的性质与热力过程第三章理想气体的性质与热力过程内容要求：理想气体的概念和理想气体状态方程式理想气体的c，cv，cp，u，h，s理想气体的热力过程（四个基本热力过程：定容过程，定压过程，定温过程，定熵过程；多变过程）3-1-1理想气体与实际气体1.实际气体（realgas）物质的分子持续不断的做不规则的热运动，分子数目巨大，运动在各个方向上没有明显的优势，宏观上表现为各向同性，压力处处相等，密度一致，不能忽略分子本身的体积和分子间的相互作用力。3—1理想气体状态方程式热机中的工质都采用容易膨胀的气态物质，包括：气体和蒸

2、汽。2.理想气体（idealgas）理想气体是一种假想的气体。理想气体：气体分子之间的平均距离相当大，分子的体积与气体的总体积相比可忽略不计，即分子是不占有体积的质点；分子间不存在相互作用力，分子之间的相互碰撞以及分子与容器壁的碰撞是弹性碰撞。常温常压下：N2,H2,O2,CO2,CO（1）实际气体所处的状态：温度较高，压力较低，即气体的比体积较大，密度较小，离液态较远，可以忽略分子本身的体积和分子间的相互作用力，作为理想气体处理。（2）实际气体所处的状态：温度较低，压力较高，即气体的比体积较小，密度较大，离液态较近，不能忽略分子本身的体积和分子间的相互作用

3、力，必须看做是实际气体。蒸汽动力装置---水蒸气制冷装置---氨蒸汽，freon蒸汽说明（3）一种气体能否看作理想气体，完全取决于气体的状态和所要求的精确度，而与过程的性质无关。水蒸气空气中所含的水蒸气汽轮机中的水蒸气压力较高，密度较大，离液态不远，必须看作实际气体。分压力较低，比体积较大，按理想气体处理。3-1-2理想气体状态方程式（equationofstate）1.理想气体的状态方程式对1kg气体：pv=RgT对mkg气体：pV=mRgT（1）1834年，克拉贝龙导出，称克拉贝龙方程式；（2）各量含义：p—绝对压力；T—热力学温度；Rg—气体常数。（3

4、）描述了任一平衡状态下理想气体的p,v,T三者之间关系；只适用于理想气体。说明2.不同物量的理想气体状态方程式对1kg气体：pv=RgT对mkg气体：pV=mRgT对1mol气体：PVm=RT物质的量为nmol的气体：pV=nRT气体常数Rg（gasconstant）摩尔气体常数R（universalgasconstant）思考R：与气体的状态无关，又与气体的性质无关；Rg：只与气体的种类有关，与气体所处的状态无关。理想气体状态方程式的应用某蒸汽锅炉燃煤需要的标准状况下，空气量为qV=66000m3/h，若鼓风炉送入的热空气温度为t1=250℃，表压力pg1

5、=20.0kPa。当时当地的大气压力pb=101.325kPa。求实际的送风量为多少？例　题说明标准状态下，其中：故实际的送风量：简单求解过程：解：按理想气体状态方程式，可得：3-2理想气体的热容，热力学能，焓和熵3-2-1热容的定义（Heatcapacity）：1.热容：物体温度升高1K（或1℃）所需要的热量，用C表示，单位J/K。2.根据物质计量单位不同，热容分三类：（2）摩尔热容（molarheat）1mol物质的热容量，用Cm表示,单位J/(mol.K)（1）比热容（specificheat）单位质量物质的热容量（质量热容）用c表示，单位J/(kg.

6、K)（3）体积热容（VolumeHeat）标况下，1m3气体的热容量，用CV表示，单位J/(m3.K)C，c，Cm，CV之间的关系：3.影响热容的因素：（2）气体的加热过程；（3）气体的温度。（1）气体的性质；3-2-2比定容热容cv和比定压热容cp（Thespecificheatcapacitiesatconstantvolumeandatconstantpressure）1.cv，cp的定义：2.可逆过程中cv，cp表示式中：分别δqV和δqp代表微元定容过程和微元定压过程中工质与外界交换的热量。对定容过程：比热力学能的全微分如何表示cv意义：在体积不变

7、时，比热力学能对温度的偏导数，其数值等于在体积不变时，物质温度变化1K时比热力学能的变化量。说明对定压过程：cp意义：在压力不变时，比焓对温度的偏导数，其数值等于在压力不变时，物质温度变化1K时比焓的变化量。说明比焓的全微分如何表示适用条件可逆过程一切工质（理想气体，实际气体）比定容热容：比定压热容：总结可逆过程中3.理想气体的cv，cp对理想气体：适用条件理想气体的任意过程实际气体的定容过程实际气体的定压过程气体种类一定时说明4.理想气体的cv和cp的关系（1）迈耶公式：分析：同温度下，任意气体的cp>cv？对理想气体：推导气体定容加热时，不对外膨胀作功，

8、所加入的热量全部用于增加气体本身的热力学能，使温度升