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1、热能工程教研室 第三章第三章 理想气体的性质与过程理想气体的性质与过程第三章第三章(一一)理想气体的性质理想气体的性质热能工程教研室主要学习的内容主要学习的内容熟练掌握并正确应用理想气体状态方熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式。程式。正确理解理想气体比热容的概念；熟正确理解理想气体比热容的概念；熟练掌握正确应用定值比热容、平均比热容练掌握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。学能、焓和熵的变化。热能工程教研室为什么引入理想气体的概念为什么引入理想气体的概念气态物质具有显著的气态物质具有显著的膨胀压缩膨胀压缩能
2、力能力,适适 合做为热力过程的工质合做为热力过程的工质视其距液态的远近视其距液态的远近,分为分为气体气体和和蒸气蒸气工程热力学需要过程工程热力学需要过程工质工质的热力性质的热力性质 方面的知识方面的知识热能工程教研室工程热力学的两大类工质工程热力学的两大类工质1、理想气体（理想气体（idealgas）其状态方程可其状态方程可用简单的式子描述用简单的式子描述如汽车发动机和航空发动机以空气为主的如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调中的湿空气等燃气、空调中的湿空气等2、实际实际气气体（体（realgas）其状态方程不能用简单的式子描述，真实工质其状态方程不能用简单的式子描述，真实工质如火力
3、发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等如火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等3-1 理想气体的概念理想气体的概念热能工程教研室 但是但是,当实际气体当实际气体p很小很小,V很大很大,T不太低时不太低时,即处于即处于远离液态远离液态的的稀薄稀薄状态时状态时,可视为可视为理想气体理想气体。理想气体理想气体模型模型现实中没有理想气体现实中没有理想气体1.分子之间没有作用力分子之间没有作用力2.分子本身不占容积分子本身不占容积热能工程教研室当实际气体当实际气体p p 很小很小,V V 很大很大,T T不太低时不太低时,即处于远即处于远离液态的稀薄状态时离液态的稀薄状态时,可视为可视为理想气体理想
4、气体。哪些气体可当作理想气体哪些气体可当作理想气体T 常温常温，p 7MPa的的双原子分子双原子分子理想气体理想气体O2,N2,Air,CO,H2如汽车发动机和航空发动机以空气为主的如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气燃气等等三原子三原子分子（分子（H2O,CO2)一般不能当作一般不能当作理想气体理想气体空调的空调的湿空气湿空气，高温烟气的，高温烟气的COCO2 2 ，可以看作是理想气体，可以看作是理想气体特殊：特殊：热能工程教研室3-2 理想气体状态方程理想气体状态方程 一一.理想气体状态方程理想气体状态方程(即即克拉贝隆克拉贝隆方程方程)四种形式的四种形式的克拉贝隆克拉贝隆方程：方程：
5、注意注意:Rg与与R摩尔容积摩尔容积Vm状状态态方方程程统一单位统一单位热能工程教研室计算时注意事项计算时注意事项1、绝对压力绝对压力2、温度温度单位单位K3、统一单位（最好均用统一单位（最好均用国际单位国际单位）热能工程教研室【例例3-1】q一钢瓶的容积为一钢瓶的容积为0.03m3，其内装有压力为，其内装有压力为0.7MPa、温度为、温度为20的氧气。现由于使用，压力降至的氧气。现由于使用，压力降至0.28MPa，而温度未变。问，而温度未变。问钢瓶内的氧气被用去了多少？钢瓶内的氧气被用去了多少？解：根据题意，钢瓶中氧气使用前后的压力、温度和体积都已解：根据题意，钢瓶中氧气使用前后的压力、温度
6、和体积都已知，故可以运用理想气体状态方程式求得所使用的氧气质量。知，故可以运用理想气体状态方程式求得所使用的氧气质量。氧气处于初态氧气处于初态1时的状时的状态方程为：态方程为：故初态故初态1时的氧气质量时的氧气质量为：为：热能工程教研室【例例3-1】氧气处于终态氧气处于终态2时的时的状态方程为：状态方程为：故终态故终态2时的氧气质时的氧气质量为：量为：被用去的氧气质量为：被用去的氧气质量为：热能工程教研室【例例3-2】q某某300MW机组锅炉燃煤所需的空气量在标准状态下为机组锅炉燃煤所需的空气量在标准状态下为120103m3/h，送风机实际送入的空气温度为，送风机实际送入的空气温度为27，出，
7、出口压力表的读数为口压力表的读数为5.4103Pa。当地大气压力为。当地大气压力为0.1MPa，求送风机的实际送风量（，求送风机的实际送风量（m3/h）。）。解解热能工程教研室【例例3-2】q在实际工程中常常涉及标准立方米作为单位的情形，在实际工程中常常涉及标准立方米作为单位的情形，这样就要将这样就要将“标准体积标准体积”与与“实际体积实际体积”进行换算。进行换算。q在利用状态方程计算涉及在利用状态方程计算涉及体积流量体积流量和和质量流量质量流量的问题的问题时，只需将体积流量时，只需将体积流量qv视为体积视为体积V，质量流量，质量流量qm视为视为m即即可，此时状态方程应为可，此时状态方程应为热
8、能工程教研室We know it takes more energy to warm up some materials than othersFor example,it takes about ten times as much energy to warm up a pound of water,as it does to warm up the same mass of iron.3-3 3-3 理想气体的比热容理想气体的比热容热能工程教研室Specific HeatsqAlsocalledtheheatcapacityqEnergyrequiredtoraisethetemperat
9、ureofaunitmassbyonedegreeUnitsJ/(kg0C)orkJ/(kgK)q单位物量的物质升高单位物量的物质升高1K或或1oC所需的热量所需的热量热能工程教研室计算计算内能、焓、热量内能、焓、热量都要用到都要用到热容热容c:质量比热容质量比热容摩尔比热容摩尔比热容C:容积比热容容积比热容Cm=Mc=22.414C一、理想气体的一、理想气体的比热容比热容热能工程教研室Ts(1)(2)1K比热容是过程量还是状态量比热容是过程量还是状态量?c1c2用的最多的某些特定过程的比热容用的最多的某些特定过程的比热容定容比热容定容比热容定压比热容定压比热容热能工程教研室定容比热容定容比热
10、容cv及定压比热容及定压比热容cp热能工程教研室Well worry about the math later,butCp is always bigger than Cvhincludestheinternalenergyandtheworkrequiredtoexpandthesystemboundaries热能工程教研室cv和和cp的说明的说明1、cv和和cp，过程已定，过程已定,可当作可当作状态量状态量。2、前面的推导前面的推导没有没有用到用到理想气体理想气体性质，所以性质，所以3、h、u、s的计算要用的计算要用cv和和cp。适用于适用于任何气体任何气体热能工程教研室一般工质一般工质:
11、理想气体：理想气体：迈耶公式迈耶公式二二.理想气体理想气体cp与与cv的关系的关系令令比热比比热比热能工程教研室三三.利用比热容计算热量利用比热容计算热量摩尔定容比热容摩尔定容比热容过程吸热过程吸热平均比热容平均比热容气体的比热容气体的比热容摩尔定压比热容摩尔定压比热容热能工程教研室1、按定比热按定比热 2、按真实比热计算按真实比热计算理想气体热容的理想气体热容的计算计算3、按平均比热法计算按平均比热法计算理想气体理想气体热容热容的的计算计算热能工程教研室分子运动论分子运动论1、按定比热、按定比热计算计算理想气体热容理想气体热容运动自由度运动自由度单原子单原子双原子双原子多原子多原子Cv,mJ
12、/mol.KCp,mJ/mol.Kk1.671.41.29热能工程教研室2、按真实比热、按真实比热计算计算理想气体理想气体的的热容热容根据实验结果整理根据实验结果整理理想气体理想气体热能工程教研室3、按平均比热、按平均比热计算计算理想气体理想气体的的热容热容t t2 t1 c(cp,cv)附表附表5、6 c=f(t)摄氏摄氏热能工程教研室【例例3-3】q试试计计算算每每千千克克氧氧气气从从200定定压压加加热热至至380和和从从380定压加热至定压加热至900所吸收的热量。所吸收的热量。（1）按平均比热容计算；（）按平均比热容计算；（2）按定值比热容计算按定值比热容计算解解（1）从附表中查得氧
13、气如下平均比热容的值：）从附表中查得氧气如下平均比热容的值：热能工程教研室【例例3-3】则可计算得则可计算得每千克氧气从每千克氧气从200定压加热至定压加热至380所吸收的热量为：所吸收的热量为：每千克氧气从每千克氧气从380定压加热至定压加热至900所吸收的热量为：所吸收的热量为：热能工程教研室【例例3-3】（2）因为氧气是双原子气体，又是定压加热，查表）因为氧气是双原子气体，又是定压加热，查表3-2得氧气的得氧气的定压千摩尔定值比热容为定压千摩尔定值比热容为可计算得氧气定压下的定值质量比热容可计算得氧气定压下的定值质量比热容则则热能工程教研室理想气体热力学能理想气体热力学能的物理解释的物理
14、解释热力学能热力学能内动能内动能内位能内位能T,v理想气体无分子间作用力，理想气体无分子间作用力，热力学热力学能能只决定于只决定于内动能内动能如何求理想气体的如何求理想气体的热力学能热力学能u?T3-4理想气体的理想气体的u、h、s和热容和热容热能工程教研室理想气体热力学能的计算理想气体热力学能的计算适用于适用于理想气体理想气体，任何过程任何过程理想气体理想气体 实际气体实际气体热能工程教研室理想气体的焓理想气体的焓适用于适用于理想气体理想气体，任何过程任何过程理想气体理想气体实际气体实际气体理想气体理想气体h h只与只与T T 有关有关热能工程教研室熵熵的定义的定义:可逆过程可逆过程 理想气
15、体理想气体二二.理想气体的熵理想气体的熵pv=RgT仅可逆适用？仅可逆适用？热能工程教研室三三.理想气体熵变理想气体熵变的计算的计算h、u、s的计算要用的计算要用cv和和cp热能工程教研室 小结1、什么样的气体是理想气体？什么样的气体是理想气体？2、理想气体状态方程的正确使用理想气体状态方程的正确使用3、理想气体比热、内能、焓及熵的特点和计算理想气体比热、内能、焓及熵的特点和计算热能工程教研室quizq何谓何谓理想气体理想气体和和实际气体实际气体？火电厂的工质水蒸气可视？火电厂的工质水蒸气可视为理想气体吗？为理想气体吗？q气体常数气体常数和和通用气体常数通用气体常数(R)(R)有何区别和联系？有何区别和联系？q气体常数气体常数R Rg g与气体与气体种类种类是否有关？与是否有关？与状态状态呢？呢？q理想气体的理想气体的cpcv ，与气体状态，与气体状态关？关？热能工程教研室 作作 业业q思考题思考题37q习题习题39