清華大學熱工基礎課件工程熱力學加傳熱學4第三章(已修改)
2025-09-04 16:19 本頁面
【正文】 1 第三章 理想氣體的性質與熱力過程 理想氣體是一種經過科學抽象的假想氣體，在自然界中并不存在。但是，在工程上的許多情況下，氣體工質的性質接近于理想氣體。因此，研究理想氣體的性質具有重要的工程實用價值。本章重點討論理想氣體的性質、狀態(tài)參數與熱力過程的特點及計算方法。 2 31 理想氣體狀態(tài)方程式 1. 理想氣體與實際氣體 熱機的工質通常采用氣態(tài)物質： 氣體 或 蒸氣 。 氣體 ：遠離液態(tài)，不易液化。 蒸氣 ：離液態(tài)較近，容易液化。 理想氣體 是一種經過科學抽象的假想氣體，它具有以下 3個特征： 3 （ 1） 理想氣體分子的體積忽略不計； （ 2） 理想氣體分子之間無作用力； （ 3） 理想氣體分子之間以及分子與容器壁的碰撞都是彈性碰撞 。 理想氣體在自然界并不存在 ， 但常溫下 ，壓力不超過 5 MPa的 O N H CO等實際氣體及其混合物都可以近似為理想氣體 。另外 ， 大氣或燃氣中少量的分壓力很低的水蒸氣也可作為理想氣體處理 。 4 2. 理想氣體狀態(tài)方程式 gp v R T?又稱 克拉貝龍方程式 。 Rg為 氣體常數 ， 單位為J/(kgK)， 其數值取決于氣體的種類 ， 與氣體狀態(tài)無關 。 對于質量為 m 的理想氣體， gpV mR T?物質的量 ： n ， 單位： mol（ 摩爾 ） 。 摩爾質量 ： M ， 1 mol物質的質量 ， kg/mol。 物質的多少還以 物質的量 （ 摩爾數 ）來衡量。 5 物質的量 與 摩爾質量 的關系： mnM? 1 kmol物質的質量數值與氣體的 相對分子質量 的數值相同 。 3= 10 kg/ m olM ?空氣摩爾質量 與氣體的 相對分子量 之間的關系： 6 mgp V M R T?mV M v??令 gR M R?，則得 mp V R T?R 稱為 摩爾氣體常數 。 根據 阿佛伽德羅定律 ， 同溫 、 同壓下任何氣體的摩爾體積 Vm都相等 ， 所以任何氣體的 摩爾氣體常數 R都等于常數 ， 并且與氣體所處的具體狀態(tài)無關 。 R= J/(molK) 摩爾體積 Vm ： 1 mol物質的體積 ， m3/mol。 7 氣體常數 Rg 與 摩爾氣體常數的關系： gRRM?,m n M?可得 物質的量 為 n 的理想氣體的狀態(tài)方程式 p V n R T?由式 ,gp V mR T?gRRM?8 32 理想氣體的熱容、熱力學能、焓和熵 1. 熱容 定義 ： 物體溫度升高 1K（ 或 1℃ ） 所需要的熱量稱為該物體的 熱容量 ， 簡稱 熱容 。 ddCTt???? 物體熱容量的大小與物體的種類及其數量有關 ， 此外還與過程有關 ， 因為熱量是過程量 。如果物體初 、 終態(tài)相同而經歷的過程不同 ， 則吸入或放出的熱量就不同 。 9 ddqqcTt????（ 2） 摩爾熱容 1 mol物質的熱容 ， Cm， J/(mol K)。 mC M c??（ 3） 比定容熱容 dVVqcT??（ 1） 比熱容 （ 質量熱容 ） ： 單位質量物質的熱容 ， c ， J/(kgK)。 根據物質的數量和經歷的過程不同 ， 熱容又分為 10 據熱力學第一定律，對微元可逆過程， ddq u p v? ? ?熱力學能 u 是狀態(tài)參數， ( , )u u T v?d d dVTuuu T vTv??? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?對定容過程， d0v ? ,由上兩式可得 dVVuqTT????? ?????11 （ 4） 比定壓熱容 dppqcT??由比定容熱容定義式可得 dVVVqucTT?? ???? ?????據熱力學第一定律，對微元可逆過程， ddq h v p? ? ?12 焓也是狀態(tài)參數， ( , )h h T p?d d dp Thhh T pTp?????????? ?????? ??對定壓過程， d0p ? ,由上兩式可得 dpphqTT????? ?????由 比定壓熱容 的定義式可得 dpppq hcTT? ????? ?????13 2. 理想氣體的比熱容 （ 1） 理想氣體的比定容熱容與比定壓熱容 由于 理想氣體的熱力學能僅包含與溫度有關的分子動能 ， 只是溫度的單值函數 ， 所以 對于理想氣體 ， 根據焓的定義 ， gh u p v u R T? ? ? ? 可見 ， 理想氣體的焓 h 也是溫度的
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