[工学]热工与流体力学基础 第3章

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1、第三章理想气体的热力性质和热力过程7/31/2021学习导引理想气体是一种假想的物理模型，对于研究热力现象具有重要意义。本章的主要内容分为两大部分：理想气体的热力性质，包括理想气体状态方程、理想气体的比热容及热量计算、理想气体的热力学能和焓变化量的计算；理想气体的热力过程，包括基本热力过程和多变过程的过程方程式、状态参数变化规律、能量交换规律及在p-v图和T-s图上的表示。7/31/2021学习要求理解理想气体的含义，熟练掌握并正确应用理想气体的状态方程。理解比热容的物理意义以及影响比热容的主要因素；理解真实比热容、定值比热容和平均比热容的含义，能正确使用定值比热

2、容和平均比热容计算过程热量。掌握理想气体热力学能和焓变化量的计算。掌握理想气体基本热力过程的过程方程式和基本状态参数变化的关系式，能正确计算理想气体基本热力过程的热量和功量。知道多变过程是热力过程从特殊到一般的更普遍的表达式，会运用多变过程的规律进行过程的分析、计算。能将理想气体的各种热力过程表示在p-v图和T-s图上。7/31/2021本章难点1.比热容的种类较多，理解起来有一定的难度。应注意各种比热容的区别与联系。在利用比热容计算过程热量及热力学能和焓的变化量时应注意选取正确的比热容，不要相互混淆，应结合例题与习题加强练习。2.理想气体各种热力过程的初、终态基

3、本状态参数间的关系式以及过程中热力系与外界交换的热量和功量的计算式较多，如何记忆和运用是一难点，应结合例题与习题加强练习。7/31/2021第一节理想气体及状态方程一、理想气体与实际气体1.什么是理想气体?——所谓理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，这种气体必须符合两个假定：（1）气体的分子是一些弹性的、不占体积的质点。（2）分子间没有相互作用力。实验证明，当气体的压力不太高，温度不太低时，气体分子间的作用力及分子本身的体积可以忽略，此时这些气体可以看作理想气体。如在常温下，压力不超过5MPa的O2、N2、H2、CO、CO2等及其混合物、大气或燃气中所含的少量水

4、蒸气，都可作为理想气体处理。否则为实际气体,如蒸汽动力装置中的水蒸汽、各种制冷剂蒸汽7/31/2021二、理想气体状态方程当理想气体处于任一平衡状态时，三个基本状态参数之间满足:Rg气体常数，单位为J/(kg·K)，其数值取决于气体的种类，与气体状态无关。称为理想气体状态方程又称克拉贝龙方程式7/31/2021SI制中，物质的量以mol（摩尔）为单位，因此,还有其它形式的理想气体状态方程式。对于质量为mkg的理想气体，有理想气体状态方程物质的量与摩尔质量的关系：物质的量：n，单位：mol（摩尔）。摩尔质量：M，1mol物质的质量，kg/mol。7/31/202

5、1若令RMRg，理想气体状态方程1kmol物质的质量在数值上等于该物质的相对分子质量。如:∵摩尔体积：Vm，1mol物质的体积，m3/mol。R摩尔气体常数（又称为通用气体常数),J/(molK)。∴，则有7/31/2021已知在物理标准状态(压力为101325Pa，温度为273.15K)下，1kmol任何气体所占有的体积为22.41410m3。故有理想气体状态方程不同气体的气体常数Rg与通用气体常数R的关系:根据阿佛加德罗定律：同温、同压力下，同体积的各种气体具有相同的分子数。它表明：同温度、同压下，各种气体的摩尔体积都相同。所以R的值是和气体的状态无关

6、，也是和气体的性质无关的常量。可由任意气体在任一状态下的参数确定。〔J/(mol·K)〕7/31/2021例3-1氧气瓶内装有氧气，其体积为0.025m3，压力表读数为0.5MPa，若环境温度为20℃，当地的大气压力为0.1MPa，求：（1）氧气的比体积；（2）氧气的物质的量。解：（1）瓶中氧气的绝对压力为p（0.50.1）1060.6106（Pa）气体的热力学温度为T273.1520293.15（K）气体常数为J/（kgK）根据公式（3-1）得氧气的比体积为（m3/kg）（2）根据公式（3-4）得氧气物质的量为（mol）7/31/2021第

7、二节理想气体的比热容及热量计算——物体温度变化1K（或1℃）所需要吸收或放出的热量称为该物体的热容。一、比热容的定义和单位根据不同的物量，存在三种比热容:比热容(质量热容):1kg物质的热容,符号为c,单位为J/(kg·K)或kJ/(kg·K)；摩尔热容:lmol物质的热容,符号为Cm,单位为J/(mol·K)或kJ/(mol·K)；体积热容:标准状态(1atm,273.15K)下1m3物质的热容,符号为c,单位为J/(m3·K)或kJ/(m3·K)。三种比热容的关系:CmMc0.0224c7/31/2021二、影响比热容的主要因素气体的比热容与热力过程的

8、特性有关。