【正文】 2021/11/10 第三章 理想氣體的熱力性質(zhì)和熱力過程 2021/11/10 學習導引 理想氣體是一種 假想的物理模型 ， 對于研究熱力現(xiàn)象具有重要意義 。 本章的主要內(nèi)容分為兩大部分： 理想氣體的熱力性質(zhì) ， 包括理想氣體狀態(tài)方程 、 理想氣體的比熱容及熱量計算 、 理想氣體的熱力學能和焓變化量的計算； 理想氣體的熱力過程 ， 包括基本熱力過程和多變過程的過程方程式 、 狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律 、 能量交換規(guī)律及在pv圖和 Ts圖上的表示 。 2021/11/10 學習要求 ? 理解理想氣體的含義，熟練掌握并正確應用理想氣體的狀態(tài)方程。 ? 理解比熱容的物理意義以及影響比熱容的主要因素；理解真實比熱 容、定值比熱容和平均比熱容的含義，能正確使用定值比熱容和平 均比熱容計算過程熱量。 ? 掌握理想氣體熱力學能和焓變化量的計算。 ? 掌握理想氣體基本熱力過程的過程方程式和基本狀態(tài)參數(shù)變化的關(guān) 系式，能正確計算理想氣體基本熱力過程的熱量和功量。 ? 知道多變過程是熱力過程從特殊到一般的更普遍的表達式，會運用 多變過程的規(guī)律進行過程的分析、計算。 ? 能將理想氣體的各種熱力過程表示在 pv圖和 Ts圖上。 2021/11/10 本章難點 1. 比熱容的種類較多，理解起來有一定的難度。應 注意各種比熱容的區(qū)別與聯(lián)系。在利用比熱容計算過程 熱量及熱力學能和焓的變化量時應注意選取正確的比熱 容，不要相互混淆，應結(jié)合例題與習題加強練習。 2. 理想氣體各種熱力過程的初、終態(tài)基本狀態(tài)參數(shù) 間的關(guān)系式以及過程中熱力系與外界交換的熱量和功量 的計算式較多，如何記憶和運用是一難點，應結(jié)合例題 與習題加強練習。 2021/11/10 第一節(jié) 理想氣體及狀態(tài)方程 一、理想氣體與實際氣體 1. 什么是 理想氣體 ? —— 所謂理想氣體是一種經(jīng)過科學抽象的假想氣體，這種氣體必須符合兩個假定： （ 1）氣體的分子是一些 彈性 的、 不占體積 的質(zhì)點。 （ 2）分子間 沒有相互作用力 。 ? 實驗證明，當氣體的壓力不太高，溫度不太低時，氣體分子間的作用力及分子本身的體積可以忽略，此時這些氣體可以看作理想氣體。 ? 如在常溫下，壓力不超過 5MPa的 O N H CO、CO2 等及其混合物、大氣或燃氣中所含的少量水蒸氣，都可作為理想氣體處理。 ? 否則為 實際氣體 , 如蒸汽動力裝置中的水蒸汽、各種制冷劑蒸汽 2021/11/10 二 、 理想氣體狀態(tài)方程 gp v R T? 當理想氣體處于任一 平衡狀態(tài) 時 ， 三個基本狀態(tài)參數(shù)之間滿足 : Rg ?? 氣體常數(shù) ， 單位為 J/(kgK) ， 其數(shù)值取決于氣體的種類 ， 與氣體狀態(tài)無關(guān) 。 稱為 理想氣體狀態(tài)方程又稱 克拉貝龍方程式 2021/11/10 SI制中 ， 物質(zhì)的量以 mol （ 摩爾 ） 為單位 ， 因此 , 還有其它形式的理想氣體狀態(tài)方程式 。 ? 對于質(zhì)量為 mkg 的理想氣體，有 gp V m R T?理想氣體狀態(tài)方程 物質(zhì)的量與摩爾質(zhì)量的關(guān)系： ? 物質(zhì)的量 ： n ， 單位： mol（ 摩爾 ） 。 ? 摩爾質(zhì)量 ： M ， 1 mol物質(zhì)的質(zhì)量 ， kg/mol。 mnM?2021/11/10 若令 R?MRg ， 理想氣體狀態(tài)方程 1kmol物質(zhì)的質(zhì)量在數(shù)值上等于該物質(zhì)的 相對分子質(zhì)量 。 如 : ∵ 摩爾體積 ： Vm ， 1 mol物質(zhì)的體積 ， m3/mol。 23O = 3 2 . 0 0 1 0 k g / m o lM ?TRpv g? TMRpV gm ?mVVn ?n R TpV ?R?? 摩爾氣體常數(shù) （又稱為 通用氣體常數(shù) ), J/(mol?K)。 ∴ ，則有 2021/11/10 已知在物理標準狀態(tài) (壓力為 101325Pa， 溫度為)下 ， 1kmol任何氣體所占有的體積為 m3。 故有 理想氣體狀態(tài)方程 ? 不同氣體的 氣體常數(shù) Rg與 通用氣體常數(shù) R的關(guān)系 : 根據(jù)阿佛加德羅定律： 同溫 、 同壓力下 ， 同體積的各種氣體具有相同的分子數(shù) 。 它表明： 同溫度 、 同壓下 ， 各種氣體的摩爾體積都相同 。 所以 R的值是和氣體的狀態(tài)無關(guān) ， 也是和氣體的性質(zhì)無關(guān)的常量 。 可由任意氣體在任一狀態(tài)下的參數(shù)確定 。 300m0 ??????TVpR 〔 J/(molK) 〕 MRR ?g2021/11/10 例 31 氧氣瓶內(nèi)裝有氧氣，其體積為 ，壓力表讀數(shù)為 ，若環(huán)境溫度為 20℃ ，當?shù)氐拇髿鈮毫? MPa，求：（ 1）氧氣的比體積；（ 2）氧氣的物質(zhì)的量。 解 ： （ 1）瓶中氧氣的絕對壓力為 p?（ ?） ?106??106（ Pa） 氣體的熱力學溫度為 T??20? （ K ） 氣體常數(shù)為 ?J/（ kg?K） ? 根據(jù)公式（ 31）得氧氣的比體積為 （ m3/kg） （ 2）根據(jù)公式（ 34）得氧氣物質(zhì)的量為 （ mol） 5 91032 3 1 3g ???? ?MRR 6g ????? p TRv 66 ???? ???? RTpVn2021/11/10 第二節(jié) 理想氣體的比熱容及熱量計算 —— 物體溫度變化 1K（或 1℃ ）所需要吸收或放出的熱量稱為該物體的 熱容 。 一、比熱容的定義和單位 ? 根據(jù)不同的物量，存在三種比熱容 : 比熱容 (質(zhì)量熱容 ): 1kg物質(zhì)的熱容 , 符號為 c ,單位為 J/(kg18