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工程熱力學 蔣愛國 上海海事大學 輪機工程系,第二篇 工質的性質,理想氣體的性質 實際氣體的性質 水蒸氣與濕空氣 理想氣體的熱力過程,第4章 理想氣體的熱力性質,第一節(jié) 理想氣體的狀態(tài)方程 第二節(jié) 理想氣體的比熱容 第三節(jié) 理想氣體的熱力學能、焓和熵 第四節(jié) 理想氣體混合物,4.1 理想氣體的狀態(tài)方程,一、理想氣體與實際氣體,定義：假想氣體，其分子是些彈性的，不具體積的質點；分子間沒有相互作用力。 熱力學中，把完全符合 及熱力學能僅為溫度的函數(shù) 的氣體，稱為理想氣體；否則稱為實際氣體。,理想氣體：氧氣、氫氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、空氣、 燃氣、煙氣……（在通常使用的溫度、壓力下） 實際氣體：氨、氟里昂、蒸汽動力裝置中的水蒸氣……,摩爾（mol）是國際單位制中用來表示物質量的基本單位。物質中所包含的基本單元數(shù)與0.012千克碳-12的原子數(shù)目相等時物質的量即為1mol。 為6.02251023個。 實驗表明：任何物質6.02251023個分子的質量，以克為單位時，數(shù)值上恰等于其分子量。 故分子量為M的物質，其摩爾質量為M。例：水的分子量為18，1mol水中有6.02251023個水分子，水的摩爾質量為18g/mol，或18kg/kmol。 若以m表示物質的質量，n表示摩爾數(shù)，則： 若以Vm表示1kmol氣體的容積，叫千摩爾容積，則： Vm= Mv m3/kmol,二、摩爾、摩爾質量、摩爾容積,三、理想氣體狀態(tài)方程,1kg氣體：,1kmol氣體：,m kg氣體：,n kmol氣體：,R為是一個既與狀態(tài)無關，也與理想氣體種類無關的常量，稱為“通用氣體常數(shù)”.,Rg為氣體常數(shù) ,與氣體種類有關。,VM為千摩爾體積，單位是,在標準狀態(tài)下(Tn=273.15K、pn=0.101325MPa), 1kmol氣體體積為：,例4-1 已知氧氣瓶的容積 ，瓶內氧氣溫度為20℃，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為15Mpa，試求瓶內氧氣的質量是多少？,解：,氧氣：,例4-2 剛性容器中原先有壓力為p1、溫度為T1的一定質量的某種氣體，已知其氣體常數(shù)為Rg。后來加入了3kg的同種氣體，壓力變?yōu)閜2、溫度仍為T1。試確定容器的體積和原先的氣體質量m1。,解：,4.2 理想氣體的比熱容,一、比熱容及其分類,定義：單位物量物體在準靜態(tài)過程中溫度升高1K（或1?C）所需要的熱量稱為“比熱容”。,千摩爾比熱容：,質量比熱容：,體積比熱容：,三者的換算關系：,定容過程 和定壓過程,理想氣體,二、邁耶方程（理想氣體）,,三、應用比熱容計算熱量的方法,（一）真實比熱容 （溫度的復雜函數(shù)） （二）定值比熱容（簡單處理）,（三）平均比熱容計算熱量的方法,1. 曲線關系,面積ABCDA,=面積1BC01-面積1AD01,=q02-q01,2. 直線關系,直線關系平均比熱容見表4-2，注意：表中t用（t1+t2）代入,例4-3 試分別利用比熱表4-4和比熱表4-2，計算100kg空氣在定壓下從900℃加熱到1300℃所需的熱量，并進行比較。,解:,查表4-4,查表4-2,4.3 理想氣體的熱力學能、焓和熵,一、理想氣體的熱力學能和焓,溫度相同的狀態(tài)點（可能壓力和比體積不同）其熱力學能和焓就相同。理想氣體的等溫線即為等熱力學能線、等焓線。,同溫度范圍內所有過程初、終狀態(tài)熱力學能變化量相同，焓變化量都相同。,理想氣體閉口系可逆過程， 理想氣體開口系可逆過程,定容,定壓,二、理想氣體的熵,例4-5 試求空氣在自由膨脹中比熵的變化量，已知初態(tài)空氣 的溫度為 ，體積為 ，膨脹終了的容積 。。,解：取整個容器內的空氣為孤立系統(tǒng)（系統(tǒng)與外界無功、熱及物質交換）,即：,4.4 理想氣體混合物,T 、V??Pi T、 P ? Vi,分壓力和分體積,道爾頓分壓定律,?,∵,理想混合氣體：由若干不同理想氣體（組分）所組成。,一、道爾頓分壓定律,二、分體積 定律,（亞美格分體積定律）,所以，得到分體積定律,,,1、質量分數(shù),三、理想混合氣體的分數(shù)（成分：三種表示方法）,已知理想混合氣體由n種理想氣體組成，其中任一種組成氣體的質量為mi ，分體積為Vi，千摩爾數(shù)為ni(i=1,2,…,n)，則理想混合氣體的分數(shù)分別為,,混合氣體總質量,,第i種組成氣體的質量分數(shù),,2、體積分數(shù),第i種組成氣體的體積分數(shù),,由,由狀態(tài)方程有,,3、摩爾分數(shù),混合氣體總摩爾數(shù),第i種組成氣體的摩爾分數(shù),,四、理想混合氣體的千摩爾質量和氣體常數(shù) （折合）,,,（混合氣體的體積分數(shù)和摩爾分數(shù)在數(shù)值上是相等的）,五、理想混合氣體的比熱容、熱力學能、焓和熵,1、比熱容,對第i種組分,,理想混合氣體的質量比熱容,,理想混合氣體的體積比熱容,2、熱力學能、焓和熵,理想混合氣體的熱力學能為各組成氣體熱力學能之和,,,,理想混合氣體的焓和比焓,,,理想混合氣體的熵和比熵,,* 熵不僅與溫度有關，而且還與壓力有關。因為溫度為T的組成氣體單獨存在于體積V中，其分壓力為Pi，所以計算組成氣體比熵的變化量時應采用其分壓力Pi ，而不是理想混合氣體的壓力P，即,