理想气体和实际气体 ppt课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
理想气体和实际气体
第四章 理想气体和实际气体
工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律
2、工质的基本性质与热力过程
3、热功转换设备、工作原理
工程热力学的两大类工质
1、理想气体（ ideal gas）
可用简单的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以空气为 主的燃气、空调中的湿空气等
2、实际气体（ real gas）
du(T u)vdT(uv)Tdv
Q d v 0 必 然 ( u v )T 0 ,u 与 v 无 关
uf(T) 理想气体u只与T有关
理想气体内能的物理解释
u f (T) 内能＝内动能＋内位能
理想气体的u、h、s和热容 一、理想气体的u
1843年焦耳实验，对于理想气体
AB 真空
p v T 不变
qduw du0
绝热自由膨胀
理想气体的内能u
理气绝热自由膨胀 p v T 不变 du0
u f (T, p)
du(Tu)pdT(up)Tdp
d p0 必(然 p u)T0,u与 p无关
u f (T,v)
cx
q T
x
① 质量比热容 c ② 摩尔比热容 cm ③ 容积比热容C’
单位 kJ/(kgK)
单位 kJ/(kmolK) Cm=M·c=22.414C’ 单位 kJ/(m3 K)
标准状态
p 0 1 . 0 1 3 2 5 1 0 5 P a , T 0 2 7 3 . 1 5 K ,V m 2 2 . 4 m 3 / k m o l
8.3143293.15
4） m pV M (1 7 0 6 0 0 01 ) 1.013 105 1.0282.658kg R m T 8.3143 1000293.15
二、理想气体的比热容
1.比热容的定义和单位
一个物量单位的物体温度升高（或降低）１℃所吸收
（或放出）的热量称为比热容。
定义式 比热容的单位
但是, 当实际气体 p 很小, V 很大, T 不太低时, 即处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体。
T>常温，p<7MPa
的双原子分子
理想气体 O2, N2, Air, CO, H2
如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等
三原子分子（H2O, CO2)一般不能当作理想气体 特殊，如空调的湿空气，高温烟气的CO2 ，可以
T0 273.15K) Vm0 22.41m 43kmol
Vm常用来表示数量
第一节 理想气体的性质
一、理想气体状态方程
1kg理想气体 mkg理想气体
pv RT
R 是一个与气体的种类有关， 与气体的状态无关的常数，称
pVmRT 为气体常数。
1kmol理想气体 nkmol理想气体
pVm RmT
R m 是一个与气体的种类无关， 与气体的状态也无关的常数，
q
u (T)vdT
cv (dTq)v (Tu)v
物理意义： v 时1kg工质升高1K内能的增加量
定压比热容cp
任意准静态过程 q d u p d v d h v d p
h是状态量，设 h f (T, p)
dh(Th)pdT(ph)Tdp
q( T h)pdT[( p h)Tv]dp 定压
q
m pV M 10001.028168.4kg R m T 8.314320
2） mpV M1 7 0 6 0 0 01.0131051.0281531.5kg
R m T
8.3143293.15
3） m pV M (1 7 0 6 0 0 01 )1.013 105 1.0282658kg
R m T
例如 R 空 气 M R 空 m 气 8 2 .3.9 817 40.2 38 k7 k JgK
计算时注意事项
1、绝对压力
2、温度单位 K 3、统一单位（最好均用国际单位）
计算时注意事项实例
V=1m3的容器有N2，温度为20 ℃ ，压力 表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。
1）
不能用简单的式子描述，真实工质 火力发电的水和水蒸气、制冷空调中 制冷工质等
理想气体模型
1. 分子之间没有作用力
2. 分子本身不占容积
3.完全弹性碰撞 现实中没有理想气体
但是, 当实际气体 p 很小, V 很大, T 不太低时, 即处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体。
哪些气体可当作理想气体
理想气体定义：
凡遵循克拉贝龙方程的气体
四种形式的克拉贝龙方程：
状 态 方
1km : o pm lV Rm T nkm :poV lnm R T 1kg: pvRT
注意:
摩尔容积Vm Rm 与R
程
统一单位 mkg: pVmRT
摩尔容积Vm
阿伏伽德罗假说: 相同 p 和 T 下各理想气体的
摩尔容积Vm相同 在标准状况下 (p0 1.01325105Pa
pV nRmT 称为通用气体常数。
R m8314J/(km olK )
气体常数R与通用气体常数之间有如下关系；
R Rm
是气体的摩尔质量，kg/kmol。
Rm与R的区别
Rm——通用气体常数 (与气体种类无关)
R m8.3143[kJkm olK]
R——气体常数 (随气体种类变化)
RRm [kJ/kg.K] M-----摩尔质量 M
h
( T
)pdT
cp (dTq)p (Th)p
物理意义： p 时1kg工质升高1K焓的增加量
cv和cp的说明
1、 cv 和 cp ，过程已定, 可当作状态量 。
2、前面的推导没有用到理想气体性质，
所以
cv
( u T
)v
cp
( h T
)p
适用于任何气体。
3、 h、u 、s的计算要用cv 和 cp 。
2.比热容与过程的关系
① 定容比热容 定容过程的热量
cvT qvdu Tpdvv T uv
? q v d u c v d T q vc v d T
② 定压比热容
cpT qpdh T vdpp T hp
定压过程的热量
?
q p d h c p d T q pc p d T
u 、 h 是温度的单值函数 ?!
比热容是过程量还是状态量?
T 1K
(1) (2)
C q dt
c1
c2
s
定容比热容
wenku.baidu.com
用的最多的某些特定过程的比热容 定压比热容
定容比热容cv
任意准静态过程 q d u p d v d h v d p
u是状态量，设 uf(T,v)
du(T u)vdT(uv)Tdv
q( T u)vdT[p( u v)T]dv 定容
第四章 理想气体和实际气体
工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律
2、工质的基本性质与热力过程
3、热功转换设备、工作原理
工程热力学的两大类工质
1、理想气体（ ideal gas）
可用简单的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以空气为 主的燃气、空调中的湿空气等
2、实际气体（ real gas）
du(T u)vdT(uv)Tdv
Q d v 0 必 然 ( u v )T 0 ,u 与 v 无 关
uf(T) 理想气体u只与T有关
理想气体内能的物理解释
u f (T) 内能＝内动能＋内位能
理想气体的u、h、s和热容 一、理想气体的u
1843年焦耳实验，对于理想气体
AB 真空
p v T 不变
qduw du0
绝热自由膨胀
理想气体的内能u
理气绝热自由膨胀 p v T 不变 du0
u f (T, p)
du(Tu)pdT(up)Tdp
d p0 必(然 p u)T0,u与 p无关
u f (T,v)
cx
q T
x
① 质量比热容 c ② 摩尔比热容 cm ③ 容积比热容C’
单位 kJ/(kgK)
单位 kJ/(kmolK) Cm=M·c=22.414C’ 单位 kJ/(m3 K)
标准状态
p 0 1 . 0 1 3 2 5 1 0 5 P a , T 0 2 7 3 . 1 5 K ,V m 2 2 . 4 m 3 / k m o l
8.3143293.15
4） m pV M (1 7 0 6 0 0 01 ) 1.013 105 1.0282.658kg R m T 8.3143 1000293.15
二、理想气体的比热容
1.比热容的定义和单位
一个物量单位的物体温度升高（或降低）１℃所吸收
（或放出）的热量称为比热容。
定义式 比热容的单位
但是, 当实际气体 p 很小, V 很大, T 不太低时, 即处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体。
T>常温，p<7MPa
的双原子分子
理想气体 O2, N2, Air, CO, H2
如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等
三原子分子（H2O, CO2)一般不能当作理想气体 特殊，如空调的湿空气，高温烟气的CO2 ，可以
T0 273.15K) Vm0 22.41m 43kmol
Vm常用来表示数量
第一节 理想气体的性质
一、理想气体状态方程
1kg理想气体 mkg理想气体
pv RT
R 是一个与气体的种类有关， 与气体的状态无关的常数，称
pVmRT 为气体常数。
1kmol理想气体 nkmol理想气体
pVm RmT
R m 是一个与气体的种类无关， 与气体的状态也无关的常数，
q
u (T)vdT
cv (dTq)v (Tu)v
物理意义： v 时1kg工质升高1K内能的增加量
定压比热容cp
任意准静态过程 q d u p d v d h v d p
h是状态量，设 h f (T, p)
dh(Th)pdT(ph)Tdp
q( T h)pdT[( p h)Tv]dp 定压
q
m pV M 10001.028168.4kg R m T 8.314320
2） mpV M1 7 0 6 0 0 01.0131051.0281531.5kg
R m T
8.3143293.15
3） m pV M (1 7 0 6 0 0 01 )1.013 105 1.0282658kg
R m T
例如 R 空 气 M R 空 m 气 8 2 .3.9 817 40.2 38 k7 k JgK
计算时注意事项
1、绝对压力
2、温度单位 K 3、统一单位（最好均用国际单位）
计算时注意事项实例
V=1m3的容器有N2，温度为20 ℃ ，压力 表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。
1）
不能用简单的式子描述，真实工质 火力发电的水和水蒸气、制冷空调中 制冷工质等
理想气体模型
1. 分子之间没有作用力
2. 分子本身不占容积
3.完全弹性碰撞 现实中没有理想气体
但是, 当实际气体 p 很小, V 很大, T 不太低时, 即处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体。
哪些气体可当作理想气体
理想气体定义：
凡遵循克拉贝龙方程的气体
四种形式的克拉贝龙方程：
状 态 方
1km : o pm lV Rm T nkm :poV lnm R T 1kg: pvRT
注意:
摩尔容积Vm Rm 与R
程
统一单位 mkg: pVmRT
摩尔容积Vm
阿伏伽德罗假说: 相同 p 和 T 下各理想气体的
摩尔容积Vm相同 在标准状况下 (p0 1.01325105Pa
pV nRmT 称为通用气体常数。
R m8314J/(km olK )
气体常数R与通用气体常数之间有如下关系；
R Rm
是气体的摩尔质量，kg/kmol。
Rm与R的区别
Rm——通用气体常数 (与气体种类无关)
R m8.3143[kJkm olK]
R——气体常数 (随气体种类变化)
RRm [kJ/kg.K] M-----摩尔质量 M
h
( T
)pdT
cp (dTq)p (Th)p
物理意义： p 时1kg工质升高1K焓的增加量
cv和cp的说明
1、 cv 和 cp ，过程已定, 可当作状态量 。
2、前面的推导没有用到理想气体性质，
所以
cv
( u T
)v
cp
( h T
)p
适用于任何气体。
3、 h、u 、s的计算要用cv 和 cp 。
2.比热容与过程的关系
① 定容比热容 定容过程的热量
cvT qvdu Tpdvv T uv
? q v d u c v d T q vc v d T
② 定压比热容
cpT qpdh T vdpp T hp
定压过程的热量
?
q p d h c p d T q pc p d T
u 、 h 是温度的单值函数 ?!
比热容是过程量还是状态量?
T 1K
(1) (2)
C q dt
c1
c2
s
定容比热容
wenku.baidu.com
用的最多的某些特定过程的比热容 定压比热容
定容比热容cv
任意准静态过程 q d u p d v d h v d p
u是状态量，设 uf(T,v)
du(T u)vdT(uv)Tdv
q( T u)vdT[p( u v)T]dv 定容