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1、第五章第五章 理想气体的热力性质和过程理想气体的热力性质和过程第一节第一节 理想气体的定义理想气体的定义第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第四节第四节 理想气体的热力过程理想气体的热力过程第五节第五节 理想气体热力过程的图示综合分析理想气体热力过程的图示综合分析 第一节第一节 理想气体的定义理想气体的定义一、理想气体与实际气体一、理想气体与实际气体定义：定义：定义：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：理想气体：氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空
2、气、燃气、烟气（在通常使用的温度、压力下）实际气体：实际气体：氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气二、理想气体状态方程二、理想气体状态方程1kg气体气体：1kmol气体：气体：m kg气体：气体：n kmol气体：气体：RM为是一个既与状态无关，也与理想气体种类无关的常量，称为“通用气体常数通用气体常数”.”.R为气体常数气体常数,与气体种类有关。VM为千摩尔体积千摩尔体积，单位是在标准状态下(Tn=273.15K、pn=0.101325MPa),1kmol气体体积为：例例5-15-1 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？解
3、解：氧气：氧气：例例5-25-2 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：第二节第二节 理想气体的比热容理想气体的比热容一、比热容及其分类一、比热容及其分类定义：定义：定义：定义：单位物量物体在准静态过程中温度升高1K（或1C）所需要的热量称为“比热容”。千摩尔比热容：质量比热容：体积比热容：三者的换算关系：比定压比定压(质量质量)热容：热容：比定容比定容(质量质量)热容：热容：定容过程 和定压过程理想气体二、应用比热容计算热量的方法二、应用比热容计算热量
4、的方法1.1.曲线关系曲线关系面积ABCDA=面积1BC01-面积1AD01ct012ABD(t1)C(t2)c=a+bt+et2+=q02-q012.2.直线关系直线关系3.3.定值比热容定值比热容单原子气体单原子气体:双原子气体：双原子气体：三原子气体：三原子气体：ctc=a+bt直线关系平均比热容见表5-2，注意：注意：表中t用（t1+t2）代入例4-3 试分别利用比热表5-1和比热表5-2，计算100kg空气在定压下从900加热到1300所需的热量，并进行比较。解解:查表5-1查表5-2第三节第三节 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵一、理想气体的热力学能和焓一、理想
5、气体的热力学能和焓pvT=常数sT温度相同的状态点（可能压力和比体积不同）其热力学能和焓就相同。理想气体的等温线即为等热力学能线、等焓线。理想气体的等温线即为等热力学能线、等焓线。2p2pP=常数112v2vv=常数22同温度范围内所有过程初、终状态热力学能变化量相同，焓变化量都相同。理想气体可逆过程二、迈耶方程二、迈耶方程迈耶方程：迈耶方程：或或比定压热容大于比定容热容比定压热容大于比定容热容比定压热容大于比定容热容比定压热容大于比定容热容三、理想气体的熵三、理想气体的熵例例5-55-5 试求空气在自由膨胀中比熵的变化量，已知初态空气试求空气在自由膨胀中比熵的变化量，已知初态空气的温度为的温
6、度为 ，体积为，体积为 ，膨胀终了的容积，膨胀终了的容积 。解：解：取整个容器内的空气为孤立系统（系统与外界无功、热及物质交换）即：第四节第四节 理想气体的热力过程理想气体的热力过程一、研究热力过程的目的和方法一、研究热力过程的目的和方法一、研究热力过程的目的和方法一、研究热力过程的目的和方法目的：目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律，以及该过程中热能与机械能之间的转换情况，进而找出影响它们转换的主要因素。方法：方法：讨论理想气体的可逆过程1.过程方程 ,一般写成 的形式)。2.利用状态方程和过程方程推出初、终状态参数之间的关系式。3.在p-v图和T-s图上表示出该过程曲线。4.该过程热力学
7、能、焓、熵的变化以及功和热量。二、二、定容过程定容过程1过程方程2初、终状态参数关系3p-v图及T-s图pv122Ts212曲线斜率Ts212bcVaVbVcsbscV4、能量转换1）过程功2）热量定容线向右水平移动时，比容增大三、三、定压过程定压过程1过程方程2初、终状态参数关系3p-v图及T-s图pvTs212曲线斜率122在T-s图上，同一温度下定容线比定压线的斜率大Ts212bcpapbpcsbscp4、能量转换1）过程功2）热量定压线向左水平移动，压力增加四、四、定温过程定温过程1过程方程2初、终状态参数关系3p-v图及T-s图pv122654312234Ts曲线斜率4、能量转换1）
8、过程功2）热量pv122654312234Ts五、五、绝热过程绝热过程1过程方程绝热指数，其数值随气体的种类和温度而变对于空气和燃气，2初、终状态参数关系3p-v图及T-s图定温pv1226543122Ts曲线斜率在P-v图上，绝热线比定温线陡4能量转换1）过程功2）热量六、多变过程六、多变过程1.1.过程方程：过程方程：分别为定容、定压、定温、绝热过程称为多变指数2.2.初、终状态参数间的关系：初、终状态参数间的关系：3.3.热力学能、焓、熵的变化：热力学能、焓、熵的变化：4.4.功、热量：功、热量：多变指数为n的多变过程，技术功是体积功的n倍pvTsnn+-+-+-n=0n=0n=0n=0
9、n=1n=1n=1n=1n=kn=kn=kn=knnnn第五节第五节 理想气体热力过程的图示综合分析理想气体热力过程的图示综合分析三条分界线：定容线：右侧，体积功为正；左侧，体积功为负。定温线：上方，温度增加；下方，温度降低。绝热线：右侧，吸热；左侧，放热。npvnnn+-+-n=1n=kn=0n=0n=1n=kTsnnn=kn=kn=1n=1n=0n=0-+-已知某一膨胀过程的n值为1n0，u0 例例5-55-5：汽缸与活塞间封闭有1kg空气，经历一多变压缩过程，消耗压缩功300kJ，气体的比体积缩小为原来的1/7.5，压力增加到原来的9.3倍。已知该气体的k=1.4和Cv=0.716kJ/(kgK)。试按定比热容计算过程的多变指数、气体被压缩的终温、气体热力学能和熵的变化量，以及过程中气体与外界交换的热量。解：解：1.计算多变指数2.计算终温3.计算气体热力学能和熵的变化量4.计算气体与外界的热交换量