第2章 气体的热力性质.doc

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第2章 气体的热力性质 2.1 理想气体与实际气体 1.理想气体与实际气体 自然界中的气体都是实际气体,实际气体的各种状态参数关系复杂。 大量实验证明,当压力较低或温度较高时,分子本身所占据的体积以及分子间相互作用力可以忽略不计,这样的气体可以作为理想气体处理。 理想气体是经过科学抽象的假想气体,如果符合以下条件: 气体分子是弹性的; 气体分子不占有体积的质点; 可以忽略气体分子相互作用力; 可以定义为理想气体。即当实际气体p→0, v→的极限状态时,气体为理想气体。 在实际气体分析中,若采用理想气体研究时产生的误差不超过精度范围,就可以认为是理想气体。 工程上常见的气体都可以看作是理想气体。 但是离液态不远的气态物质不能看作是理想气体,如氨,氟利昂等蒸汽,密度比容较大,本身所占据的体积不能忽略,且随着压力的增加,分子平均距离减小,内聚力急剧增大,不能忽略不计,这样的气体就不能按照理想气体处理。 注意:理想气体和实际气体没有明显的界限。 例:空气中的水蒸气可以看作理想气体,而做饭时锅中的蒸汽不能看作是理想气体 2.理想气体状态方程的导出 式中:N’——每千克气体的分子数,随分子量的不同而不同,和气体种类有关; 1). (适用于1千克理想气体) 式中:p——绝对压力,Pa; ——比容,m3/kg; T——热力学温度,K。 2). (适用于m千克理想气体) 式中:V——m kg气体所占的容积; 3).() (适用于1千摩尔理想气体) 式中:M——气体的千摩尔质量,㎏/ kmol; VM——气体的千摩尔容积,m3/kmol; R0——通用气体常数,J/ kmol·K; 。 4). (适用于n千摩尔理想气体) 式中:V——n kmol气体所占有的容积,m3; n——气体的摩尔数,,kmol。 5). 仅适用于闭口系统 三、气体常数与通用气体常数 通用气体常数: J/Kmol·K 注意:R0与气体性质、状态均无关。 气体常数: J/kg·K 注意:与状态无关,仅决定于气体性质。 思考题1:某种理想气体的体积按照的规律变化,其中是常数,问气体膨胀时,温度增加还是减小? 例题1:为了检查制冷装置是否漏气,在充入制冷剂前要先进行压力试验,一般是将氮气冲入,然后关闭所有阀门,使得装置成为封闭的容器。假设充气结束时,装置上的压力表显示1Mpa,温度计显示27℃,24h后,压力表显示934.5kpa,温度计显示17℃,,设大气压力为0.1 Mpa,问系统是否漏气。 2.2 理想气体的比热 比热的定义与单位 定义:单位物量(单位质量、单位容积、单位千摩尔)的气体,温度升高或降低1K(1℃)所吸收或放出的热量,称为该物体的比热。 式中 c—质量比热,kJ/Kg·k; —容积比热,kJ/m3·k; Mc—摩尔比热,kJ/Kmol·k。 换算关系:1kmol =〉22.4m3 =〉M kg 对应1 kmol理想气体, 注意:比热不仅取决于气体的性质,还与气体的热力过程及所处的状态有关。 2.定容比热和定压比热 气体的比热容因工因工质的不同而不同,另外,由于热量是与过程有关的量,气体的比热容还受到热力过程的影响,同样的气体升高同样的温度,过程不同,所需要的热量也不同。 (复习一下热量、功) 定容比热:, 表示:单位物量的气体定容情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量。 定压比热: 表示:单位物量的气体定压情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量。 定容过程和定压过程在温度同样升高dT的时候,定压过程的热量有一部分用于定压膨胀做功,功的大小为: 即: (梅耶公式),, 比热比:, , 三、定值比热、真实比热与平均比热 1. 真实比热 实际情况时,各个不同的温度对应的比热值是不同的,温度和比热成函数关系,相应于每一温度下的比热值称为气体的真实比热。 常将比热与温度的函数关系表示为温度的三次多项式 常用气体在理想状态下的定压摩尔比热与温度的关系 气体 分子式 温度范围 (K) 最大误差 % 空气 氢 H 28.106 28.10 1.9665 -1.9159 4.8023 -4.0038 -1.9661 -0.8704 273~1800 273~1800 0.72 1.01 氧 O2 25.177 15.2022 -5.0618 1.3117 273~1800 1.19 氮 N2 28.907 -1.5713 8.0805 -28.7256 273~1800 0.59 一氧化碳 CO 28.260 1.6751 5.3717 -2.2219 273~1800 0.89 二氧化碳 CO2 22.257 59.8084 -35.0100 7.4693 273~1800 0.647 水蒸气 H2O

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