第三章 理想气体的性质

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1、第三章　理想气体的性质一、目的及要求：了解理解气体的特点及性质，掌握理想气体比热容、热力学能、焓，熵等量的计算方法。了解混合理想气体的性质及热力学参数的计算。二、内容：3.1理想气体的概念及其状态方程式3.2理想气体的比热、热力学能、焓及熵3.3理想气体的混合物三、重点及难点：3.1熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式。3.2正确理解理想气体比热容的概念；熟练掌握和正确应用定值比热容、平均比热容来计算过程热量，以及计算理想气体热力学能、焓和熵的变化。四、主要外语词汇：　　idealgas,realgas,theheatcapacity,properties,Dalton’slawofpa

2、rtialpressure,五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：思考题：1、何谓理想气体和实际气体？火电厂的工质水蒸气可视为理想气体吗？2、气体常数和通用气体常数有何区别和联系？3、气体常数Rg与气体种类是否有关？与状态呢？4、理想气体的cp－cv＝，与气体状态关？5、容器内盛有一定状态的理想气体，如将气体放出一部分后重新又达到新的平衡状态，6、放气前后两个平衡状态之间可否表示为下列形式：　　　　　(a)　　　(b)作业：　　3－3，3－4，3－6，3－9，3－10，3－14，3－18第三章理想气体的性质§3－1理想气体的概念理想气体是一种实际不存在的假象气体，其两点假设为：①

3、分子是些弹性的、不具体积的质点。②分子间相互没有作用力。在这两点假设条件下，气体分子的运动规律极大的简化了，分子两次碰撞之间为直线运动，且弹性碰撞无动能损失。对此简化了的物理模型，不但可定性地分析气体某些热力现象，而且可定量的导出状态参数间存在的简单函数关系。那么，由哪些气体可看成是理想气体呢？众所周知，高温、低压的气体密度小、比体积大，若大到分子本身体积远小于其活动空间，分子间平均距离远到作用力极其微弱的状态就很接近理想气体。因此，理想气体是气体压力趋近于零（）、比体积趋近于无穷大（）时的极限状态。工程中常用的氧气、氮气、氢气、一氧化碳等及其混和空气、燃气、烟气等工质，在通常使用的温度

4、、压力下都可作为理想气体处理，误差一般都在工程计算允许的精度范围之内。如空气在室温下、压力达10MPa时，按理想气体状态方程计算的比体积误差在1%左右。不符合上述两点假设的气态物质称为实际气体。蒸汽动力装置中采用的工质水蒸气，制冷装置的工质氟里昂蒸汽、氨蒸汽等，这类物质的临界温度较高，蒸汽在通常的工作温度和压力下离液态不远，不能看作理想气体。通常，蒸汽的比体积较气体小得多，分子本身体积不容忽略，分子间的内聚力随距离减小急剧增大。因而，实际气体运动规律极其复杂，宏观上反映为状态参数的函数关系式复杂，热工计算种需要借助于计算机或利用为各种蒸汽专门编制的图或表。实际气体的性质将在第六章中讨论。

5、而对于大气中含有的少量水蒸气，燃气和烟气中含有的水蒸气和二氧化碳等，因分子浓度低，分压力甚小，在这些混合物的温度不太低时仍可视作为理想气体。＊＊注：当工质温度超过临界温度后，即使压力再高，工质也不存在液相。对于理想气体而言，其热力学能u和焓h只是温度的函数，原因如下：由于理想气体分子间不具作用力，因此不存在内位能，只存在取决于温度的内动能，因而与体积v无关，u只是温度T的单值函数，即：u=u(T)。又因为h=u+pv，对于理想气体而言，pv=RgT，所以有h=u+pv=u+RgT=h(T)，因此焓也是温度的单值函数。§3－2理想气体状态方程式1、理想气体的状态方程根据分子运动论，对理想气

6、体分子运动物理模型，用统计方法得出的气体的压力为：（3-1）式中：N为1m3体积内的分子数；m’为每个分子的质量；为分子热运动均方根速度。因此，则是1m3中全部分子的移动动能，大小完全由温度确定。式（3-1）两侧各乘以比体积v，将式（1-1）代入，得：即（3-2）式中：。k式玻尔兹曼常数；Nv时1Kg质量的气体所具有的分子数，每一种气体都有确定的值。Rg称为气体常数，它是一个只与气体种类有关，而与气体所处状态无关的物理量。上述表示理想气体在任一平衡状态时p、v、T之间关系的方程式叫做理想气体状态方程式，或称克拉贝龙（Clapeyron）方程。它与波义尔、马略特等人测定低压气体得出的实验结

7、果是一致的。使用时应注意各量的单位。按国家法定计量单位：p的单位为Pa；T的单位为K；v的单位为m3/kg；与此相应的Rg的单位为J/(kg.K)。2、摩尔质量和摩尔体积摩尔（mol）是国际单位之中用来表示物质的量的基本单位。热力学中基本单位是分子，因而1mol任何物质的分子数为6.0225×1023个。1mol物质的质量称为摩尔质量，用符号M表示，单位是kg/mol。1kmol物质的质量，数值上等于物质的相对分子质量Mr（过去称分