工程熱力學概念-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。因而實現(xiàn)熱能和機械能轉化的這些工質一般都采用氣態(tài)物質。一、理想氣體的概念理想氣體是一種實際上并不存在的假想氣體，理想氣體有兩點假設：分子是些彈性的，不具體積的質點分子間沒有相互作用力在這兩點假設條件下，氣體分子的運動規(guī)律極大地簡化了，分子之間的碰撞為直線運動，且為彈性碰撞，無動能損失。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)內分子間的平均距離就會增大，當氣體的壓力和密度降低到一定程度時，即平均距離大到一定程度時，氣體分子本身所占的體積就會遠遠小于分子所活動的空間，分子間平均距離遠到分子間作用力極其微弱的狀態(tài)時，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的極限狀態(tài)。自然界中完全符合理想氣體假設條件的氣體是不存在的。但在我們工程中常用到的氧氣、氮氣、氫氣、CO等，以及混合氣體、燃氣煙氣等工質，在通常使用的溫度、壓力下都可以作為理想氣體進行處理，簡化計算，誤差一般都在工程計算允許的精度范圍之內。但對于那些離液態(tài)不遠的氣態(tài)物質，如蒸汽動力裝置中采用的工質水蒸汽，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，因此它們不能當做理想氣體處理，這些工質我們稱為實際氣體。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、比容之間相互關系的方程式，它有幾種表達方式，幾種表達方式之間是等價的。即對于一定的系統(tǒng)，只要沒有物質交換，不管工質的狀態(tài)怎么變，他的Pv乘積與T的比值始終是一個常數(shù)?；虮硎境善渲蠷稱為氣體常數(shù)，它是一個只與氣體種類有關，而與氣體所處狀態(tài)無關的物理量，即只要氣體一定了，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形式，最基本的就是我們前面講的兩種，在后面我們還會詳細介紹其他形式的狀態(tài)方程。下面我們先講一下幾個概念。三、物質的量、摩爾質量、摩爾容積物質的量與我們比較熟悉的“質量”是一樣的，都表示物質的多少，物質的量的單位是mol。，這些物質的量就是1mol。1023個?；締卧梢允窃印⒎肿?、離子、電子以及其他微粒。在我們熱力學中的工質是氣體，那這個基本單元是分子。也就是說，在熱力學中，1023個分子構成的物質的量就是1mol，反過來，1023個。物質的量用符號n表示，單位是mol1mol物質所具有的質量稱為摩爾質量（1023個分子的質量）。用符號M表示，單位是kg/mol。試驗表明：1mol物質的質量，若以g為單位時，數(shù)值上恰好等于該物質的相對分子質量。若摩爾質量以kg/mol表示時，應等于相對分子質量103。物質的量n與摩爾質量M之間的關系：1mol物質所具有的體積。我們工程熱力學中常用到的工質是氣體，所以摩爾容積指的是1mol氣體的體積。符號：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)，它是一個與氣體所處狀態(tài)無關的常數(shù)，但它卻是與氣體的種類有關，即對不同的氣體，他們的氣體常數(shù)是不一樣的。這樣在計算時，需要查得不同氣體各自的氣體常數(shù)，這是非常麻煩的，但經過研究發(fā)現(xiàn)，我們可由阿伏伽德羅定律推導出一個適合于各種氣體的一個常數(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之間的關系。Rm是常數(shù)，即與氣體所處狀態(tài)無關，又與氣體種類無關。由于Rm與氣體種類以及所處的狀態(tài)無關，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。我們用一個特殊狀態(tài)—標準狀態(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)方程有不同的表達形式：1kg：1mol：Mkg：nmol：五、實際氣體狀態(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際氣體。理想氣體遵循狀態(tài)方程，即，但對于實際氣體Pv≠RT，即。對于實際氣體，我們定義一個參數(shù)—壓縮因子z。壓縮因子的大小反映實際氣體對理想氣體的偏差程度。z=1，說明氣體是理想氣體。對于實際氣體，z可大于1，也可小于1。
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