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1、第二章理想气体的性质双语第一页，本课件共有34页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）可用简单的式子描述可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燃气、空调中的、空调中的湿空气湿空气等等2、实际气体（、实际气体（realgas）不能用简单的式子描述，真实工质不能用简单的式子描述，真实工质如火力发电的如火力发电的水和水蒸气水和水蒸气、制冷空调中、制冷空调中制冷工质制冷工质等等第二页，本课件共有34页实际气体的特点实际气体的特点Characteristics of real gases includ
2、es:由由大大量量分分子子组组成成(consists of large quantities of molecular)分分 子子 做做 无无 规规 则则 运运 动动(molecules take random movement continuously)分分子子间间有有作作用用力力(interaction force among molecules)分子本身有体积分子本身有体积(the volume of molecules)以上特点决定了实际气体的性质很复杂。第三页，本课件共有34页1.两点假设两点假设(Assumptions)忽略分子的容积忽略分子的容积 (The volume of t
3、he gas molecule is negligible.)。忽略分子之间的作用力忽略分子之间的作用力 (The interaction forces between molecules are negligible)3.1 理想气体的状态方程理想气体的状态方程 （Equation of State for Ideal Gas）第四页，本课件共有34页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 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
4、模型理想气体模型Modelofideal-gas现实中没有理想气体现实中没有理想气体第五页，本课件共有34页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，p7MPa的的双原子双原子分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)一般一般不能不能当作当作理想气体理想气体特殊可以，如空调的特殊可以，如空调的湿空气湿空气，高温烟气的，高温烟气的CO2第六页，本课件共有34页2.理想气体状态方程式理想气体状态方程式Equation of state for ide
5、al gas (1).For 1 1kg working gas,Pv=RTP:绝对压力绝对压力(absolute pressure)，Pa。v:比容比容(specific volume),m3/kg。uT：热力学温度：热力学温度(Kelvin Temperature),K。uR：气体常数：气体常数(Gas constant)与气体的种类有关与气体的种类有关。(2)For m kg working gas,mPv=mRT or PV=mRT 第七页，本课件共有34页 摩尔质量(molar mass):the the mass mass of of 1mol substance(1mol 物质的
6、质量物质的质量)，M 摩尔体积(molar volume):the the volume volume of of 1mol 1mol substance(substance(1mol物质占有的体积物质占有的体积)，Vm。阿伏假德罗定律阿伏假德罗定律(Avogadroshypothesis):在同温同压下，各种气体的摩尔体积都相等。在同温同压下，各种气体的摩尔体积都相等。在标准状况下在标准状况下(3)For 1mol working gas第八页，本课件共有34页(4)For n Mole working gas For n mol gas,PV=nRmT 第十一页，本课件共有34页理想气体理
7、想气体(DefinitionofIdealGas)：凡遵循凡遵循克拉贝龙克拉贝龙(Clapeyron)方程的气体方程的气体四种形式的四种形式的克拉贝龙克拉贝龙方程：方程：注意注意:Rm与与R摩尔容积摩尔容积Vm状态状态方程方程(E.O.S)(E.O.S)统一单位统一单位第十二页，本课件共有34页计算时注意事项实例计算时注意事项实例 Attentions:V=1m3的容器有的容器有N2，温度为，温度为20，压力表读数，压力表读数1000mmHg，pb=1atm，求，求N2质量质量。1）2）3）4）第十三页，本课件共有34页oThe volume of the room is V=4m 5m 6m
8、=120 m3oThe mass of air in a room is determined from the ideal gas relation to be第十四页，本课件共有34页Example.Determine the mass of air in a room whose dimensions are 4m 5m 6m at 100kPa and 25Solution The mass of air in a room is to be determined.Analysis Air at specified conditions can be treated as an ide
9、al gas.From table,the gas constant of air is R=0.287 kJ/kg.K and the absolute temperature is T=25+273.15=298.15 K.第十五页，本课件共有34页3.2比热和热容比热和热容SpecificHeatsandHeatCapacity 1.比热容（比热）的定义比热容（比热）的定义 Definition of Specific heat 将单位物量的物质温度升高将单位物量的物质温度升高1K所需加入的热量。所需加入的热量。The energy required to raise the tempe
10、rature of a unit quantity of a substance by one degree 第十六页，本课件共有34页 2.基于不同物量单位的三种基于不同物量单位的三种比热比热 (Three kinds of Specific heats based on different quantity units)(1)质量比热容质量比热容 (Specific heat based on mass)1kg物体温度物体温度1K升高升高1K所吸收的热量，所吸收的热量，记作记作c，单位为，单位为 J/kgKJ/kgK It is denoted as c and its unit is J
11、/kgK)第十七页，本课件共有34页(2)摩尔比热容摩尔比热容(Specific heat based on mole)：Mc kJ/kmolK 1mol1mol物体温度物体温度1K升高升高1K所吸收的热量，所吸收的热量，记作记作 Mc 单位为单位为 kJ/kmolK)。(3)体积比热容体积比热容 (Specific heat based on Volume at standard condition)c kJ/NmJ/Nm3 3KK (标标准准状状态态下下1m1m3 3(1Nm3)物物体体温温度度升升高高1K1K所所吸吸收收的的热热量量，记记作作c 单位为单位为 k kJ/mJ/m3 3KK
12、)。第十八页，本课件共有34页比热容比热容c:质量比热容质量比热容Mc:摩尔比热容摩尔比热容C:容积比热容容积比热容Mc=Mc=22.414CThe relationship among the three specific heatThe relationship among the three specific heat第十九页，本课件共有34页Ts(1)(2)1 K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第二十页，本课件共有34页3.定压比热和定容比热定压比热和定容比热
13、Specific heat at constant pressure and at constant volume For a constant pressure process:or and for a constant volume process:or第二十一页，本课件共有34页迈耶公式迈耶公式Mayersformula令令比热比比热比理想气体的定压和定容比热容的关系理想气体的定压和定容比热容的关系 The relation between two specific heat of Ideal gases 第二十二页，本课件共有34页4.理想气体比热容理想气体比热容的计算的计算温度是影响
14、比热容的主要因素温度是影响比热容的主要因素温度是影响比热容的主要因素温度是影响比热容的主要因素 (Temperature is the main factor that has influence on the specific heinfluence on the specific heat）(1)真实比热真实比热Actual specific heat 根据实验结果整理根据实验结果整理第二十三页，本课件共有34页(2)平均比热平均比热Mean specific heat t t2 t1 c(cp,cv)附表附表3，4，5，6 c=f(t)摄氏摄氏求求O2在在100-500平均定压热容平均定
15、压热容第二十四页，本课件共有34页分子运动论分子运动论(3)定比热定比热容容 Constant specific heat 运动自由度运动自由度当温度变化不大时，可认为比热容为常数，与温度无当温度变化不大时，可认为比热容为常数，与温度无关，此时关，此时也是常数。也是常数。When the change in temperature is not so large,the influence of temperature on specific heat is negligible.第二十五页，本课件共有34页 single atomic Gases（单原子气体）（单原子气体）DoubleAto
16、micGases（双原子气体）（双原子气体）Multiple atomicGases（多原子气体）（多原子气体）McV kJ/kmol.KMcP kJ/kmol.Kk1.671.41.29第二十六页，本课件共有34页Exercises：1.Calculate the constant specific heat of air based on mass.2.Calculate the mean specific heat of oxygen between 100 to 650第二十七页，本课件共有34页2.3混合理想气体的性质混合理想气体的性质 Properties of Ideal Gas
17、 Mixtures 1.混合气体的分压力和道尔顿分压力定律混合气体的分压力和道尔顿分压力定律 Component pressure and Daltons law of additive pressures（1）分压力的定义）分压力的定义 （Definition of Component pressure）假定混合气体中组成气体单独存在，并具有与混合气体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及容积时的压力。相同的温度及容积时的压力。（2）道尔顿分压力定律）道尔顿分压力定律(Daltons law of additive pressures)第二十八页，本课件共有34页2.混
18、合气体的分容积和阿密盖特分容积定律混合气体的分容积和阿密盖特分容积定律Component Volume and Amagats law additive volume（1）Definition of component volume(分分容积容积 的定义的定义)假定混合气体中组成气体具有与混合气体相同的假定混合气体中组成气体具有与混合气体相同的温度及压力时，单独存在所占有的容积。温度及压力时，单独存在所占有的容积。（2）Amagats law additive volume(阿密阿密盖特分容积定律盖特分容积定律)第二十九页，本课件共有34页3.Composition of gas mixtur
19、e (混合气体的成分混合气体的成分)（1）质量成分）质量成分（mass fraction）(2)容积成分容积成分（volume fraction)第三十页，本课件共有34页(3)摩尔成分摩尔成分（mole fraction)(4)质量成分、容积成分与摩尔成分间的换算关系质量成分、容积成分与摩尔成分间的换算关系（relationship between mass fraction,volume fraction and mole fraction)第三十一页，本课件共有34页4.混合气体的折合分子量与气体常数混合气体的折合分子量与气体常数 Molar mass(Average mass)and
20、the gas constant（1）Molar mass(折合分子量折合分子量)（2）Gas constant(折合气体常数折合气体常数)第三十二页，本课件共有34页5.分压力的确定分压力的确定 Determine the Component pressure 6.混合气体的比热混合气体的比热 Specific heat of gas mixture 第三十三页，本课件共有34页Reading and Review(阅读和复习）阅读和复习）Book of English version(英文版教材英文版教材)oSections 2.6 on Page 8789(第第8789页页 第第2.6节）节）oSections 2.92.10 on Page 98105，(第第98105页页 第第2.92.10节）节）Book of Chinese version(中文版教材中文版教材)oChapter 2（第二章）（第二章）第三十四页，本课件共有34页