气体热力学性质课件

03
CATALOGUE
气体热容
定容热容
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定义 定容热容定义为单位质量气体在体积保持不变的 条件下，温度升高1 K时所吸收的热量。
公式 定容热容的计算公式为 Cv = (∂U/∂T)v，其中 U 为内能，T 为温度。
物理意义 定容热容反映了气体在定容条件下吸收热量的能 力，是热力学中重要的物理量之一。
这种改变称为散射。
碰撞参数
03
描述分子碰撞频率和散射程度的物理量，与气体的热
力学性质密切相关。
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物质状态
高熵状态意味着系统处于高度无序或高度混乱的状态，而低熵状态则 表示系统处于有序或相对稳定的状态。
熵的计算方法
理想气体熵
对于理想气体，熵的计算公式为S=n*R*ln(V/n)，其中n为气体分子数，R为气体常数，V 为气体体积。
实际气体熵
对于实际气体，由于分子间相互作用和分子内部运动的存在，熵的计算方法与理想气体不 同，需要考虑分子间相互作用和分子内部运动等因素。
统计规律
气体分子的运动具有随机性，但遵循一定的统 计规律。
概率分布
描述气体分子速度的概率分布，不同速度的分 子所占比例不同。
平均值
描述气体分子平均速度、平均动能等统计特征。
分子的碰撞与散射
分子碰撞
01 气体分子之间会发生碰撞，碰撞频率与气体分子的密
度和温度有关。
散射
02 由于分子之间的碰撞，分子的运动方向会发生改变，
化学反应熵
对于化学反应，熵的变化可以用反应前后物质的状态函数变化来计算，即ΔS=ΔH-TΔS。 其中ΔH为反应焓变，T为绝对温度，ΔS为反应熵变。
05
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气体相变
相变条件
温度
当气体的温度达到某一特定值时，它可能会发生相变。这个温度 称为临界温度。
压力
气体的压力也会影响其是否发生相变。当压力超过某一特定值时， 气体可能会变成液体。这个压力称为临界压力。
零度是不可能的。
03
应用
在制冷和低温工程领域，热力学第三定律被广泛应用于制冷剂的选择和
分析。
02
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气体状态方程
理想气体状态方程
01
02
03
理想气体状态方程
$PV=nRT$，其中P是压 力，V是体积，n是摩尔数， R是气体常数，T是温度（ 以开尔文为单位）。
理想气体假设
理想气体假设认为气体分 子之间没有相互作用力， 没有体积，没有碰撞。
气体热力学性质 课件
目 录
• 气体热力学基础 • 气体状态方程 • 气体热容 • 气体熵 • 气体相变 • 气体分子运动论
contents
01
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气体热力学基础
热力学第一定律
内容
热力学第一定律，也称为能量守 恒定律，指出能量不能从无中 产 生，也不能消失，只能从一种形
式转换为另一种形式。
相变现象的应用
制冷
相变现象可以用于制冷 技术中。例如，在冰箱 中，液体制冷剂在高压 下变成气体，吸收热量 并将热量带出冰箱。
发电
在一些发电过程中，如 蒸汽轮机发电，水在高 温高压下变成蒸汽，推 动涡轮机旋转并带动发 电机发电。
溶剂使用
在许多化学反应中，物 质在不同的相态下溶解 度不同，因此可以利用 相变现象控制反应速率 和产物的生成。
06
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气体分子运动论
分子运动的基本概念
分子运动
气体分子不断做无规则运动，每个分子都有自己 的运动轨迹和速度。
温度
气体分子的平均动能与温度成正比，温度越高， 分子的平均动能越大。
分子的无规则运动
气体分子在不停地做无规则运动，这种运动与温 度有关，温度越高，无规则运动越剧烈。
分子运动的统计规律
粒子间距
当气体的粒子间距小于某一特定值时，气体可能会发生相变。这个 值称为临界半径。
相变过程
蒸发
当气体吸收足够的热量时，它的 粒子会获得足够的能量，从而克 服相互间的吸引力，从液体变为 气体。
凝结
相反，当气体释放足够的热量时， 它的粒子会失去足够的能量，从 而被相互间的吸引力束缚在一起， 从气体变为液体。
适用范围
真实气体状态方程适用于 实际气体，即分子间相互 作用力不能忽略的气体。
气体状态方程的应用
气体热力学性质计算
通过气体状态方程可以计算气体的热力学性质，如内能、焓、熵等。
化工过程模拟
在化工过程中，气体状态方程被用于模拟气体的行为，如反应、分 离、传输等过程。
气候模型
在气候ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ型中，气体状态方程也被用于模拟大气中的气体行为，预 测气候变化。
适用范围
理想气体状态方程适用于 低压、高温下的气体，或 者分子间相互作用力可以 忽略不计的气体。
真实气体状态方程
真实气体状态方程
$PV=nRT+f(T,V)$，其中 f(T,V)是描述气体分子间相 互作用力的函数。
范德华方程
一种常用的真实气体状态 方程，描述了压力、体积、 温度和分子间相互作用力 的关系。
收的热量。
公式
02
绝热热容的计算公式为 Cad = (∂U/∂T)ad，其中 U 为内能，T
为温度。
物理意义
03
绝热热容反映了气体在绝热过程中吸收热量的能力，是热力学
中重要的物理量之一。
04
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气体熵
定义与计算
熵的定义
熵是热力学中用于描述系统混乱度或无序度的物理量，表示系统 内能与体积和温度的乘积之比。
意义
这个定律是宇宙中普遍存在的定律 之一，它说明了能源的有限性和宝 贵性。
应用
在能源开发和利用中，热力学第一 定律被广泛应用于能源转换和利用。
热力学第二定律
内容
热力学第二定律，也称为熵增定 律，指出在自然过程中，熵（即 系统的混乱程度）总是不断增加 的，即系统总是朝着更加混乱的
方向发展。
意义
这个定律说明了自然过程的不可 逆性，即时间箭头只有一个方向，
计算公式
熵的计算公式为S=k*lnW，其中k为玻尔兹曼常数，W为系统可 能的微观状态数量。
统计意义
熵的统计意义是系统微观状态数量的对数，反映系统内分子运动 的混乱程度。
熵的物理意义
热力学第二定律
熵增加原理指出，在封闭系统中，熵总是倾向于增加，代表系统总 是朝着更加混乱的状态发展。
能量转化
熵与能量转化密切相关，因为能量的转化意味着做功或传递热量， 而做功和传递热量都与熵有关。
定压热容
定义 定压热容定义为单位质量气体在压力保持不变的条件下， 温度升高1 K时所吸收的热量。
公式 定压热容的计算公式为 Cp = (∂U/∂T)p，其中 U 为内能， T 为温度。
物理意义 定压热容反映了气体在定压条件下吸收热量的能力，是热 力学中重要的物理量之一。
绝热热 容
定义
01
绝热热容定义为单位质量气体在绝热过程中温度升高1 K时所吸
无法逆转。
应用
在工业和工程领域，热力学第二 定律被广泛应用于热量传递、物 质分离和能量转换等过程的分析
和设计。
热力学第三定律
01
内容
热力学第三定律，也称为绝对零度定律，指出不可能通过有限步骤将一
个物体冷却到绝对零度（即-273.15摄氏度）或更低温度。
02
意义
这个定律是热力学中的一个重要限制，它说明了在有限时间内实现绝对