1、第五章 理想气体的热力性质和过程,第一节 理想气体的定义 第二节 理想气体的比热容 第三节 理想气体的热力学能、焓和熵 第四节 理想气体的热力过程 第五节 理想气体热力过程的图示综合分析,第一节 理想气体的定义,一、理想气体与实际气体,定义：热力学中，把完全符合 及热力学能仅为温度的函数 的气体，称为理想气体；否则称为实际气体。,理想气体：氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空气、燃气、烟气（在通常使用的温度、压力下） 实际气体：氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气,二、理想气体状态方程,RM为是一个既与状态无关，也与理想气体种类无关的常量，称为“通用气体常数”.,R为气体常数 ,与气体种类有
2、关。,VM为千摩尔体积，单位是,在标准状态下(Tn=273.15K、pn=0.101325MPa), 1kmol气体体积为：,例5-1 已知氧气瓶的容积 ，瓶内氧气温度为20，安装在瓶上的压力表指示的压力为15Mpa，试求瓶内氧气的质量是多少？,解：,氧气：,例5-2 刚性容器中原先有压力为p1、温度为T1的一定质量的某种气体，已知其气体常数为R。后来加入了3kg的同种气体，压力变为p2、温度仍为T1。试确定容器的体积和原先的气体质量m1。,解：,第二节 理想气体的比热容,一、比热容及其分类,定义：单位物量物体在准静态过程中温度升高1K（或1C）所需要的热量称为“比热容”。,三者的换算关系：,
3、定容过程 和定压过程,理想气体,二、应用比热容计算热量的方法,1. 曲线关系,面积ABCDA,=面积1BC01-面积1AD01,=q02-q01,2. 直线关系,3. 定值比热容,直线关系平均比热容见表5-2，注意：表中t用（t1+t2）代入,例4-3 试分别利用比热表5-1和比热表5-2，计算100kg空气在定压下从900加热到1300所需的热量，并进行比较。,解:,查表5-1,查表5-2,第三节 理想气体的热力学能、焓和熵,一、理想气体的热力学能和焓,温度相同的状态点（可能压力和比体积不同）其热力学能和焓就 相同。理想气体的等温线即为等热力学能线、等焓线。,同温度范围内所有过程初、终状态热
4、力学能变化量相同，焓变化量都相同。,理想气体可逆过程,二、迈耶方程,比定压热容大于比定容热容,三、理想气体的熵,例5-5 试求空气在自由膨胀中比熵的变化量，已知初态空气 的温度为 ，体积为 ，膨胀终了的容积 。,解：取整个容器内的空气为孤立系统（系统与外界无功、热及物质交换）,即：,第四节 理想气体的热力过程,一、研究热力过程的目的和方法,目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律，以及该过程中热能与机械能之间的转换情况，进而找出影响它们转换的主要因素。,方法：讨论理想气体的可逆过程 1. 过程方程 ,一般写成 的形式)。 2.利用状态方程和过程方程推出初、终状态参数之间的关系式。 3. 在p-v
5、图和T-s图上表示出该过程曲线。 4. 该过程热力学能、焓、熵的变化以及功和热量。,二、 定容过程,1过程方程,2初、终状态参数关系,3p-v图及T-s图,曲线斜率,4、能量转换,1）过程功,2）热量,定容线向右水平移动时，比容增大,三、 定压过程,1过程方程,2初、终状态参数关系,3p-v图及T-s图,曲线斜率,在T-s图上，同一温度下定容线比定压线的斜率大,4、能量转换,1）过程功,2）热量,定压线向左水平移动，压力增加,四、 定温过程,4、能量转换,1）过程功,2）热量,五、 绝热过程,1过程方程,绝热指数，其数值随气体的种类和温度而变,对于空气和燃气，,3p-v图及T-s图,曲线斜率,
6、在P-v图上，绝热线比定温线陡,2）热量,六、多变过程,1. 过程方程：,分别为定容、定压、定温、绝热过程,称为多变指数,2. 初、终状态参数间的关系：,3. 热力学能、焓、熵的变化：,4. 功、热量：,多变指数为n的多变过程，技术功是体积功的n倍,第五节 理想气体热力过程的图示综合分析,三条分界线：,定容线：右侧，体积功为正；左侧，体积功为负。 定温线：上方，温度增加；下方，温度降低。 绝热线：右侧，吸热；左侧，放热 。,已知某一膨胀过程的n值为1nk,w0，u0,例5-5：汽缸与活塞间封闭有1kg空气，经历一多变压缩过程，消耗压缩功300kJ，气体的比体积缩小为原来的1/7.5，压力增加到原来的9.3倍。已知该气体的k=1.4和Cv=0.716kJ/(kgK)。试按定比热容计算过程的多变指数、气体被压缩的终温、气体热力学能和熵的变化量，以及过程中气体与外界交换的热量。,2.计算终温,3.计算气体热力学能和熵的变化量,4.计算气体与外界的热交换量,
