第3章 理想气体性质与过程

第3章理想气体性质与过程

基本要求

1．熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式。

2．正确理解理想气体比热容的概念；熟练掌握和正确应用定值比热容、平均比热容计算过程热量，以及计算理想气体热力学能、焓和熵的变化。

3．熟练掌握4种基本过程以及多变过程的初终态基本状态参数p,v,T，之间的关系。

4．熟练掌握4种基本过程以及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。

5．能将各过程表示在p-v图和T-s图上，并能正确地应用p-v图和T-s图判断过程的特点，即及w等的正负值。

3-1 理想气体的概念和气体状态方程

一.理想气体的概念

1、假设:(1)分子都是弹性的不占体积的质点；

(2)分子相互之间没有作用力。

2、研究理想气体有重要的实用意义和理论意义。

3、能否作为理想气体处理的依据：

(1) 气体所处的状态是否远离液态；

(2) 工程上所允许的误差。

4、可作为理想气体处理的常见气体。

在常温、常压下O2、N2、CO、H2、空气、

燃气离液态较远，可作理想气体处理。

二.理想气体状态方程

1、状态方程：

2、R与Rm:

R：气体常数，J/kg.k，与工质有关，但与状态无关。

Rm：通用气体常数，J/kmol.k，与工质及状态均无关。

3、说明

3-2 理想气体的比热容

一、定义：准静态过程中，单位物量的物体温度升高1度（或1开）所需的热量。

二、种类：有以下六钟常用的比热容：

三、cv,cp与状态参数的关系

四、理想气体cp,cv的关系

五、理想气体比热容的计算

1、真实比热容

2、曲线关系平均比热容（精确）

3、直线关系平均比热容（较精确）

4、定值比热容(最简化，欠精确)

单原子气体双原子气体多原子气体

1.67 1.40 1.29，1.30

3-3 理想气体的内能、焓和熵

一、理想气体的内能

1、理想气体的内能是温度的单值函数:

空气：u=f(T,v)

理想气体：u=f(T)

2、理想气体内能的计算式：

3、热工计算中感兴趣的是Δu,基准点可任取。

二、理想气体的焓

三、理想气体的熵

1、熵的定义和性质

熵是状态参数：

计算式

3-4 理想气体混合物

一、概述：

所采用的方法：把混合物折合成某种假想的单一气体。

二、混合气体的基本状态参数：

1、温度：T=Ti

2、压力：

分压力：即组成气体单独存在于V,T下的压力pi。

3、容积：分容积：组成气体处于p,T下所占的容积Vi。对于第i中气体:

三、混合气体的成分表示法

四、混合气体的折合摩尔质量和折合气体常数

五、混合气体的比热容、内能焓和熵

1、比热容：

2、内能

3、焓：

4、熵

3-5 理想气体的热力过程一概述

（一）、实施热力过程的目的

1、实现预期的能量转换；

2、获得预期的热力状态。

（二）、研究热力过程的任务

1、确定工质的状态变化规律；

2、确定热力过程中能量传递和转换的状况。

（三）、前提条件

1、工质为理想气体；

2、可逆过程：若考虑摩擦，则摩擦因素不同，规律不同。

（四）、依据：

1、理想气体：

2、热力学第一定律：

(五)、研究步骤：

1、列出过程方程式：根据过程特点，一般套用现成p,v表达式：f(p,v)=0。

2、建立基本状态参数间的关系式：由过程和状态方程得到任意两个状态p-v-T关系，由此可以据初态参数求终态参数。

3、计算△u，△h，△ss 值（为q，w，wt的计算打基础。

4、计算过程中能量的传递和转换量q，w，wt。闭口系功的输出形式对应为w，开口系功的输出形式对应为wt。

5、在p-v，T-s图上绘出过程曲线。可清晰的看出各过程状态变换机能量转换状况，及六个参数的增大或减小，q，w，wt的正负。

二、基本过程

(一)、定容过程

(二)、定压过程

1、过程方程：p=const

2、参数关系：

3、△u，△h，△S

4、q，w的计算

5、p-v，T-s图

(三)、定温过程(自学)

(四)、可逆绝热过程：

1、过程方程

注意：可逆绝热是定熵过程;不可逆绝热不是定熵过程。

2、状态参数关系式：

3、

4、q，w： q=0

5、p-v，T-s图

三、多变过程

(一)、过程方程：

(二)、状态参数关系式：

（三）、△u，△h，△s的计算

(四)、w，wt及q的计算

(五)、在p-v，T-s图上的分布规律：

1、在p-v图上分布，从n=0水平线到n→∞垂直线。多变过程的w，△u，q 转换情况的判断。

2、多变过程的w，△u与 q转换情况的判断

3、p-v，T-s图上各种线条的分析：

公式小结

一、理想气体的热力性质

1．理想气体状态方程：

适用于m kg气体：

适用于1 mol气体：

适用于n mol气体：

通用气体常数与气体常数之间的关系为：

2．理想气体的比热容

名称比热容摩尔热容容积热容单位

比定压热容

比定容热容

表理想气体的热力学能、焓和熵

换算公式：

迈耶尔公式：

（2）变比热容：