工程熱力學(xué)概念-資料下載頁
2025-06-26 20:23本頁面
【正文】 有氣態(tài)具有這一特性。因而實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)化的這些工質(zhì)一般都采用氣態(tài)物質(zhì)。一、理想氣體的概念理想氣體是一種實(shí)際上并不存在的假想氣體，理想氣體有兩點(diǎn)假設(shè)：分子是些彈性的，不具體積的質(zhì)點(diǎn)分子間沒有相互作用力在這兩點(diǎn)假設(shè)條件下，氣體分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律極大地簡(jiǎn)化了，分子之間的碰撞為直線運(yùn)動(dòng)，且為彈性碰撞，無動(dòng)能損失。我們都知道，若組成系統(tǒng)的氣體的壓力和密度較小，那么系統(tǒng)內(nèi)分子間的平均距離就會(huì)增大，當(dāng)氣體的壓力和密度降低到一定程度時(shí)，即平均距離大到一定程度時(shí)，氣體分子本身所占的體積就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于分子所活動(dòng)的空間，分子間平均距離遠(yuǎn)到分子間作用力極其微弱的狀態(tài)時(shí)，就很接近理想氣體。因此理想氣體是氣體壓力趨近于零，比容趨近于無窮大時(shí)的極限狀態(tài)。自然界中完全符合理想氣體假設(shè)條件的氣體是不存在的。但在我們工程中常用到的氧氣、氮?dú)?、氫氣、CO等，以及混合氣體、燃?xì)鉄煔獾裙べ|(zhì)，在通常使用的溫度、壓力下都可以作為理想氣體進(jìn)行處理，簡(jiǎn)化計(jì)算，誤差一般都在工程計(jì)算允許的精度范圍之內(nèi)。但對(duì)于那些離液態(tài)不遠(yuǎn)的氣態(tài)物質(zhì)，如蒸汽動(dòng)力裝置中采用的工質(zhì)水蒸汽，制冷裝置的氟利昂蒸汽，氨蒸汽等，它們更接近液態(tài)，與理想氣體性質(zhì)差別較大，分子本身的體積以及分子與分子之間的作用力都不可忽略，因此它們不能當(dāng)做理想氣體處理，這些工質(zhì)我們稱為實(shí)際氣體。我們這門課主要研究理想氣體。二、理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程是用來揭示平衡狀態(tài)下氣體的壓力、溫度、比容之間相互關(guān)系的方程式，它有幾種表達(dá)方式，幾種表達(dá)方式之間是等價(jià)的。即對(duì)于一定的系統(tǒng)，只要沒有物質(zhì)交換，不管工質(zhì)的狀態(tài)怎么變，他的Pv乘積與T的比值始終是一個(gè)常數(shù)?；虮硎境善渲蠷稱為氣體常數(shù)，它是一個(gè)只與氣體種類有關(guān)，而與氣體所處狀態(tài)無關(guān)的物理量，即只要?dú)怏w一定了，不管狀態(tài)怎么變，PVT取何值，R都是一定的，是常數(shù)。狀態(tài)方程有很多不同的表達(dá)形式，最基本的就是我們前面講的兩種，在后面我們還會(huì)詳細(xì)介紹其他形式的狀態(tài)方程。下面我們先講一下幾個(gè)概念。三、物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、摩爾容積物質(zhì)的量與我們比較熟悉的“質(zhì)量”是一樣的，都表示物質(zhì)的多少，物質(zhì)的量的單位是mol。，這些物質(zhì)的量就是1mol。1023個(gè)?；締卧梢允窃?、分子、離子、電子以及其他微粒。在我們熱力學(xué)中的工質(zhì)是氣體，那這個(gè)基本單元是分子。也就是說，在熱力學(xué)中，1023個(gè)分子構(gòu)成的物質(zhì)的量就是1mol，反過來，1023個(gè)。物質(zhì)的量用符號(hào)n表示，單位是mol1mol物質(zhì)所具有的質(zhì)量稱為摩爾質(zhì)量（1023個(gè)分子的質(zhì)量）。用符號(hào)M表示，單位是kg/mol。試驗(yàn)表明：1mol物質(zhì)的質(zhì)量，若以g為單位時(shí)，數(shù)值上恰好等于該物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。若摩爾質(zhì)量以kg/mol表示時(shí)，應(yīng)等于相對(duì)分子質(zhì)量103。物質(zhì)的量n與摩爾質(zhì)量M之間的關(guān)系：1mol物質(zhì)所具有的體積。我們工程熱力學(xué)中常用到的工質(zhì)是氣體，所以摩爾容積指的是1mol氣體的體積。符號(hào)：Vm，單位：m3/mol。四、氣體常數(shù)與通用氣體常數(shù)前面我們講了理想氣體狀態(tài)方程式Pv=RT，其中的R稱為氣體常數(shù)，它是一個(gè)與氣體所處狀態(tài)無關(guān)的常數(shù)，但它卻是與氣體的種類有關(guān)，即對(duì)不同的氣體，他們的氣體常數(shù)是不一樣的。這樣在計(jì)算時(shí)，需要查得不同氣體各自的氣體常數(shù)，這是非常麻煩的，但經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，我們可由阿伏伽德羅定律推導(dǎo)出一個(gè)適合于各種氣體的一個(gè)常數(shù)Rm，我們稱為通用氣體常數(shù)或摩爾氣體常數(shù)。并且可以得出氣體常數(shù)R與通用氣體常數(shù)Rm之間的關(guān)系。Rm是常數(shù)，即與氣體所處狀態(tài)無關(guān)，又與氣體種類無關(guān)。由于Rm與氣體種類以及所處的狀態(tài)無關(guān)，因此我們可以用任意氣體在任一狀態(tài)下的參數(shù)來確定。我們用一個(gè)特殊狀態(tài)—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)來確定，可以得出Rm的數(shù)值。Rm=()所以任意氣體的氣體常數(shù) J/()因此，理想氣體狀態(tài)方程有不同的表達(dá)形式：1kg：1mol：Mkg：nmol：五、實(shí)際氣體狀態(tài)方程不遵守理想氣體狀態(tài)方程的氣體都可以看做是實(shí)際氣體。理想氣體遵循狀態(tài)方程，即，但對(duì)于實(shí)際氣體Pv≠RT，即。對(duì)于實(shí)際氣體，我們定義一個(gè)參數(shù)—壓縮因子z。壓縮因子的大小反映實(shí)際氣體對(duì)理想氣體的偏差程度。z=1，說明氣體是理想氣體。對(duì)于實(shí)際氣體，z可大于1，也可小于1。
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