1、工程热力学蒋爱国上海海事大学轮机工程系,第二篇 工质的性质,理想气体的性质实际气体的性质水蒸气与湿空气理想气体的热力过程,第4章 理想气体的热力性质,第一节 理想气体的状态方程第二节 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 理想气体混合物,4.1 理想气体的状态方程,一、理想气体与实际气体,定义：假想气体，其分子是些弹性的，不具体积的质点；分子间没有相互作用力。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
2、中的水蒸气,摩尔（mol）是国际单位制中用来表示物质量的基本单位。物质中所包含的基本单元数与0.012千克碳-12的原子数目相等时物质的量即为1mol。为6.02251023个。实验表明：任何物质6.02251023个分子的质量，以克为单位时，数值上恰等于其分子量。故分子量为M的物质，其摩尔质量为M。例：水的分子量为18，1mol水中有6.02251023个水分子，水的摩尔质量为18g/mol，或18kg/kmol。若以m表示物质的质量，n表示摩尔数，则：若以Vm表示1kmol气体的容积，叫千摩尔容积，则： Vm= Mv m3/kmol,二、摩尔、摩尔质量、摩尔容积,三、理想气体状态方程,1k
3、g气体：,1kmol气体：,m kg气体：,n kmol气体：,R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”.,Rg为气体常数 ,与气体种类有关。,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4-1 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4-2 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Rg。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
4、的气体质量m1。,解：,4.2 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”。,千摩尔比热容：,质量比热容：,体积比热容：,三者的换算关系：,定容过程 和定压过程,理想气体,二、迈耶方程（理想气体）,三、应用比热容计算热量的方法,（一）真实比热容 （温度的复杂函数）（二）定值比热容（简单处理）,（三）平均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,直线关系平均比热容见表4-2，注意：表中t用（t1+t2）代入,例4-3 试分别利用比热表4-4和
5、比热表4-2，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4-4,查表4-2,4.3 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、终状态热力学能变化量相同，焓变化量都相同。,理想气体闭口系可逆过程，理想气体开口系可逆过程,定容,定压,二、理想气体的熵,例4-5 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
6、：,4.4 理想气体混合物,T 、VPiT、 P Vi,分压力和分体积,道尔顿分压定律,理想混合气体：由若干不同理想气体（组分）所组成。,一、道尔顿分压定律,二、分体积 定律,（亚美格分体积定律）,所以，得到分体积定律,1、质量分数,三、理想混合气体的分数（成分：三种表示方法）,已知理想混合气体由n种理想气体组成，其中任一种组成气体的质量为mi ，分体积为Vi，千摩尔数为ni(i=1,2,n)，则理想混合气体的分数分别为,混合气体总质量,第i种组成气体的质量分数,2、体积分数,第i种组成气体的体积分数,由,由状态方程有,3、摩尔分数,混合气体总摩尔数,第i种组成气体的摩尔分数,四、理想混合气体的千摩尔质量和气体常数 （折合）,（混合气体的体积分数和摩尔分数在数值上是相等的）,五、理想混合气体的比热容、热力学能、焓和熵,1、比热容,对第i种组分,理想混合气体的质量比热容,理想混合气体的体积比热容,2、热力学能、焓和熵,理想混合气体的热力学能为各组成气体热力学能之和,理想混合气体的焓和比焓,理想混合气体的熵和比熵,* 熵不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为T的组成气体单独存在于体积V中，其分压力为Pi，所以计算组成气体比熵的变化量时应采用其分压力Pi ，而不是理想混合气体的压力P，即,
