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1、第二章 气体的热力性质第一页，本课件共有43页2-1 理想气体与实际气体u理想气体指分子间没有相互作用力、分子是不具有体积的弹性质点的假想气体u 实际气体是真实气体，在工程使用范围内离液态较近，分子间作用力及分子本身体积不可忽略，热力性质复杂，工程计算主要靠图表u 理想气体是实际气体p0的极限情况。一、理想气体与实际气体一、理想气体与实际气体第二页，本课件共有43页定义：热力学中，把完全符合 及热力学能仅为温度的函数 的气体，称为理想气体；否则称为实际气体。理想气体：氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空气、燃气、烟气（在通常使用的温度、压力下）实际气体：氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气第
2、三页，本课件共有43页提出理想气体概念的意义简化了物理模型，不仅可以定性分析气体某些热现象，而且可定量导出状态参数间存在的简单函数关系在常温、常压下H2、O2、N2、CO2、CO、He及空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理，误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具有重要的实用意义。第四页，本课件共有43页二、理想气体状态方程理想气体的状态方程式理想气体的状态方程式R为为气体常数气体常数（单位（单位J/kgK），与气体所处的），与气体所处的状态状态无关无关，随气体的，随气体的种类种类不同而异。不同而异。理想气体在理想气体在任一平衡状态时任一平衡状态时p、v、T之间关系的方程式之间关系的方程式即
3、理想气体状态方程式，或称克拉贝龙即理想气体状态方程式，或称克拉贝龙(Clapeyron)方程。方程。第五页，本课件共有43页通用气体常数（也叫摩尔气体常数）R0 通用气体常数不仅与气体状态无关，与气体的种类也无关气体常数之所以随气体种类不同而不同，是因为在同温、同压下，不同气体的比容是不同的。如果单位物量不用质量而用摩尔，则由阿伏伽德罗定律可知，在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的，因此得到通用气体常数 R 0表示的状态方程式：第六页，本课件共有43页气体常数与通用气体常数的关系：M 为气体的摩尔质量第七页，本课件共有43页V：nKmol气体容积m3；V：质量为mkg气体所占的容积；P：绝
4、对压力Pa；v：比容m3/kg；T：热力学温度K 状态方程VM：摩尔容积m3/kmol；RM：通用气体常数，J/kmolK；第八页，本课件共有43页例例3-13-1 已知氧气瓶的容积 ，瓶内氧气温度为20，安装在瓶上的压力表指示的压力为15MPa，试求瓶内氧气的质量是多少？设大气压力为 Pa。解：解：氧气：氧气：第九页，本课件共有43页例例3-23-2 刚性容器中原先有压力为p1、温度为T1的一定质量的某种气体，已知其气体常数为R。后来加入了3kg的同种气体，压力变为p2、温度仍为T1。试确定容器的体积和原先的气体质量m1。解：解：第十页，本课件共有43页3-2 理想气体比热容1kg物质温度升
5、高1K所需的热量称为比热容：一、比热容的定义与单位 物体温度升高1K所需的热量称为热容：第十一页，本课件共有43页比热容的分类1mol 物质的热容称为摩尔热容 MC，单位：J/(molK)标准状态下1 m3 物质的热容称为体积热容 C，单位：J/(m3K)比热容、摩尔热容及体积热容三者之间的关系：C0.0224=Mc=0.0224 C第十二页，本课件共有43页定压比热容：定压比热容：可逆定压过程的比热容可逆定压过程的比热容二、定压比热容及定容比热容二、定压比热容及定容比热容 热量是过程量，因此比热容也与各过程热量是过程量，因此比热容也与各过程特性有关，不同的热力过程，比热容也不相特性有关，不同
6、的热力过程，比热容也不相同：同：定容比热容定容比热容：可逆定容过程的比热容：可逆定容过程的比热容第十三页，本课件共有43页定压比热容与定容比热容的关系迈耶公式设1kg某理想气体，温度升高Dt,所需热量为：按定容加热：按定压加热：二者之差：第十四页，本课件共有43页 比热比：第十五页，本课件共有43页三、定值比热容、真实比热容与平均比热容三、定值比热容、真实比热容与平均比热容1、真实比热容将实验测得的不同气体的比热容随温度的变化关系，表达为多项式形式：(比热容与绝对温度的关系)(比热容与摄氏温度的关系)第十六页，本课件共有43页2、平均比热容、平均比热容(1)(1)曲线关系曲线关系面积ABCDA
7、=面积1BC01-面积1AD01ct012ABD(t1)C(t2)c=b0+b1t+b2t2+=q02-q01第十七页，本课件共有43页见附表5，比热容的起始温度同为0C，这时同一种气体的只取决于终态温度t第十八页，本课件共有43页3、定值比热容：工程上，当气体温度在室温附近，温度变化范围不大或者计算精确度要求不太高时，将比热视为定值，参见附表3。亦可以用下面公式计算：气体种类cVJ/(kgK)cpJ/(kgK)k单原子双原子多原子3Rg/25Rg/27Rg/25Rg/27Rg/29Rg/21.661.401.29第十九页，本课件共有43页2-3 混合气体的性质 假定：假定：1.1.混合气体内
8、部无化学反应，成分不变；混合气体内部无化学反应，成分不变；2.2.2.2.各组元气体都有理想气体的性质，各组元气体都有理想气体的性质，各组元气体都有理想气体的性质，各组元气体都有理想气体的性质，3.3.3.3.混合后仍具有理想气体的性质；混合后仍具有理想气体的性质；混合后仍具有理想气体的性质；混合后仍具有理想气体的性质；4.4.各组元气体彼此独立，互不影响。各组元气体彼此独立，互不影响。第二十页，本课件共有43页一、分压力定律和道尔顿分压力定律1、分压力定义分压力定义分压力是假定混合气体中组成气体单独存在，并具有与混合气体相同的温度和容积式自占据体积时的压力。用pi表示。第二十一页，本课件共有
9、43页T,V p1T,V p2T,V p nT,V 2、分压力定律第二十二页，本课件共有43页混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，称为道尔顿(Dalton)分压定律第二十三页，本课件共有43页二、混合气体的分体积和阿密盖特 分容积定律各组成气体都处于与混合物温度、压力相同的情况下，各自单独占据的体积称为分体积。用Vi表示。分容积定义：第二十四页，本课件共有43页 p,T p,TV1,n1 p,TV2,n2 p,TV n,n nV=V1+V2+Vi+Vnn=n1+n2+ni+nn分容积定律第二十五页，本课件共有43页理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和，称为阿密盖特分体积定律第二
10、十六页，本课件共有43页 相对成分相对成分相对成分相对成分=分分分分 量量量量 总总总总 量量量量相对成分相对成分相对成分相对成分 混混混混 合合合合 气气气气 体体体体质量质量质量质量kgkg 摩尔数摩尔数摩尔数摩尔数kmol kmol 容积容积容积容积mm3 3项项项项 目目目目 第第第第i i i i种组成气体种组成气体种组成气体种组成气体绝对成分绝对成分绝对成分绝对成分三、混合气体成分表示方法及换算1、混合气体成分的几种表示方法：第二十七页，本课件共有43页体积分数：Vi为分体积质量分数：摩尔分数：第二十八页，本课件共有43页gi、xi、ri的转算关系第二十九页，本课件共有43页混合气
11、体折合分子量四、混合气体的折合分子量与气体常数第三十页，本课件共有43页混合气体的折合气体常数第三十一页，本课件共有43页五、分压力的确定第三十二页，本课件共有43页六、混合气体的比热容第三十三页，本课件共有43页例：混合气体的质量成分为空气g1=95%，燃气g2=5%。已知空气的气体常数R1=287J/（kg.k）。试求混合气体的气体常数、容积成分和标准状态下的密度。解：第三十四页，本课件共有43页2-4实际气体状态方程一、范德瓦尔方程（1873年）范德瓦尔考虑到两点：1.气体分子有一定的体积，所以分子可自由活动的空间为（v-b)2.气体分子间的引力作用，气体对容器壁面所施加的压力要比理想气
12、体的小，用内压修正压力项。第三十五页，本课件共有43页范德瓦尔方程:问题问题:在在p-Vp-V图中,范德瓦尔方程的等温曲线是什么形状?与理想气体等温曲线有什么差异?第三十六页，本课件共有43页（范德瓦尔方程理论曲线）。vpFFT cT2GcABDMNHvpT 1T2T 3（理想气体等温曲线）第三十七页，本课件共有43页2-5 对应态定律与压缩因子图一、对应态原理 对多种流体的实验数据分析显示，接近各自的临界点时所有流体都显示出相似的性质，这说明各种流体在对应状态下有相同的对比性质,即:如范德瓦尔方程可改写为：第三十八页，本课件共有43页范德瓦尔方程为：(a)(c)(b)将代入(a),得:将代
13、入(c),即可得。(d)第三十九页，本课件共有43页二、通用压缩因子图二、通用压缩因子图 第四十页，本课件共有43页第四十一页，本课件共有43页例题例题2-9：试利用通用压缩因子图计算：试利用通用压缩因子图计算CH4在在p=9.279MP和和T=286.1K下的千摩尔容积，并与实测值下的千摩尔容积，并与实测值V=0.211m3/kmol作比较。作比较。解：由表由表2-5查处查处CH4的的pc=4.64091MPa，Tc=190.7K.对比参数：对比参数：由通用压缩因子图由通用压缩因子图2-5查的：查的：z=0.84所以所以与实测值比较与实测值比较第四十二页，本课件共有43页第四十三页，本课件共有43页