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文檔簡介

1、理想氣體與實際氣體理想氣體與實際氣體定義:定義:熱力學中,把完全符合熱力學中,把完全符合 及熱及熱力學能僅為溫度的函數(shù)力學能僅為溫度的函數(shù) 的氣體,稱的氣體,稱為理想氣體;否則稱為實際氣體。為理想氣體;否則稱為實際氣體。RTpv )(Tuu 理想氣體:理想氣體:氧氣、氫氣、氮氣、一氧化碳、二氧氣、氫氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、空氣、燃氣、煙氣氧化碳、空氣、燃氣、煙氣(在通常使(在通常使用的溫度、壓力下)用的溫度、壓力下)實際氣體:實際氣體:氨、氟里昂、蒸汽動力裝置中的水氨、氟里昂、蒸汽動力裝置中的水蒸氣蒸氣簡化了物理模型,不僅可以定性分析氣簡化了物理模型,不僅可以定性分析氣體某些熱現(xiàn)象,而且

2、可定量導出狀態(tài)參體某些熱現(xiàn)象,而且可定量導出狀態(tài)參數(shù)間存在的簡單函數(shù)關(guān)系;數(shù)間存在的簡單函數(shù)關(guān)系;TmRmpvpVTRpvgg或Rg為氣體常數(shù)(單位為氣體常數(shù)(單位J/kgK),與氣體所處),與氣體所處的狀態(tài)無關(guān),隨氣體的種類不同而異的狀態(tài)無關(guān),隨氣體的種類不同而異理想氣體在理想氣體在任一平衡狀態(tài)時任一平衡狀態(tài)時p、v、T之間關(guān)系之間關(guān)系的方程式即理想氣體狀態(tài)方程式,或稱克拉貝龍的方程式即理想氣體狀態(tài)方程式,或稱克拉貝龍(Clapeyron)方程。方程。通用氣體常數(shù)不僅與氣體狀態(tài)無關(guān),與氣體的種類也通用氣體常數(shù)不僅與氣體狀態(tài)無關(guān),與氣體的種類也無關(guān)無關(guān)nRTpVRTpVm或或K)kJ/(kmo

3、l3145. 8R氣體常數(shù)之所以隨氣體種類不同而不同,是因為在同氣體常數(shù)之所以隨氣體種類不同而不同,是因為在同溫、同壓下,不同氣體的比容是不同的。如果單位物量不用溫、同壓下,不同氣體的比容是不同的。如果單位物量不用質(zhì)量而用摩爾,則由阿伏伽德羅定律可知,在同溫、同壓下質(zhì)量而用摩爾,則由阿伏伽德羅定律可知,在同溫、同壓下不同氣體的摩爾體積是相同的,因此得到通用氣體常數(shù)不同氣體的摩爾體積是相同的,因此得到通用氣體常數(shù) R 表示的狀態(tài)方程式:表示的狀態(tài)方程式:TmRpVRTMmnRTpVg M 為氣體的摩爾質(zhì)量為氣體的摩爾質(zhì)量ggMRRMRR或或nRTpVRTpVTmRpVTRpvmggm kg 理想

4、氣體理想氣體1 kg 理想氣體理想氣體nkmol 理想氣體理想氣體1kmol 理想氣體理想氣體例例2-12-1 已知氧氣瓶的容積已知氧氣瓶的容積 ,瓶內(nèi)氧氣,瓶內(nèi)氧氣溫度為溫度為2020,安裝在瓶上的壓力表指示的壓力,安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為為15MPa15MPa,試求瓶內(nèi)氧氣的質(zhì)量是多少?設(shè)大氣,試求瓶內(nèi)氧氣的質(zhì)量是多少?設(shè)大氣壓力為壓力為 PaPa。33m1040 VPap666101 .15101 . 01015K29327320 Tkg93. 72938 .2591040101 .1536TRpVmg解:解:K)(kgJ.8259328314gR氧氣:氧氣:kmolkgM32Tm

5、RpVgTmRpVg60.1 10解:解:111TRmVpg112)3(TRmVpg1113TRTRmgg113TRVpg1213ppTRVg1211211111133pppppTRTRpTRVpmgggJ/Kd單位:xTQC)KJ/(kgd單位:Tqc1、比熱的定義和單位、比熱的定義和單位 物體溫度升高物體溫度升高1 1K所需的熱量稱為所需的熱量稱為比熱容比熱容:mCMcCm3104 .22定壓比熱容:定壓比熱容:可逆定壓過程的比熱容可逆定壓過程的比熱容vvvvTuTvpuTqc dddd ppppThTpvhTqc dddd 2、氣體的定容比熱容和定壓比熱氣體的定容比熱容和定壓比熱 熱量是

6、過程量,因此比熱容也與各過程特性熱量是過程量,因此比熱容也與各過程特性有關(guān),不同的熱力過程,比熱容也不相同:有關(guān),不同的熱力過程,比熱容也不相同: 定容比熱容定容比熱容:可逆定容過程的比熱容:可逆定容過程的比熱容焓值焓值h=u+pv,對于理想氣體,對于理想氣體h=u+RT,可見焓與壓力無關(guān),可見焓與壓力無關(guān),理想氣體的焓也是溫度的單值函數(shù):理想氣體的焓也是溫度的單值函數(shù):TuTucVVdd對于理想氣體,對于理想氣體,c cp p、 c cV V 是溫度的單值函數(shù),因此它們是溫度的單值函數(shù),因此它們也是狀態(tài)參數(shù)。也是狀態(tài)參數(shù)。TcuVdd ThThcppdd Tchpdd 對于理想氣體,其分子間

7、無作用力,不存在勢能,內(nèi)能對于理想氣體,其分子間無作用力,不存在勢能,內(nèi)能只包括取決于溫度的分子動能,與比容無關(guān),理想氣體的只包括取決于溫度的分子動能,與比容無關(guān),理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù):內(nèi)能是溫度的單值函數(shù):TRupvuhggVpRccgRTuThddddRMRCCgmVmp,邁耶公式邁耶公式 比熱容比:比熱容比:mVmpVpCCcc,gpgVRcRc111gVpRcc對于理想氣體,比熱容比等于絕熱指數(shù)。對于理想氣體,比熱容比等于絕熱指數(shù)。22102210tbtbbcTaTaac真實比熱容真實比熱容將實驗測得的不同氣體的比熱容隨溫度的變化關(guān)系,將實驗測得的不同氣體的比熱容隨溫度的變化

8、關(guān)系,表達為多項式形式:表達為多項式形式:( (比熱容與絕對溫度的關(guān)系比熱容與絕對溫度的關(guān)系) )( (比熱容與攝氏溫度的關(guān)系比熱容與攝氏溫度的關(guān)系) )平均比熱容平均比熱容 21TTpdTcq面積面積ABCDA= =面積面積1BC01-1BC01-面積面積1AD011AD01ct012ABD(t1)C(t2)c=b0+b1t+b2t2+ =q02-q01 1200ddTpTptctc212100ttctct2121()ttctt211200,00ttccCtCt表示溫度自到 和到 的平均比熱容.1210201200121212122121dddtttctcttTcTcttTcttqcttTp

9、TpTTptt 見表見表2-42-4,比熱容的起始溫度同為,比熱容的起始溫度同為0C,這時同一種氣體的只取決于終態(tài)溫度,這時同一種氣體的只取決于終態(tài)溫度t t201021tctctttc0定值比熱容定值比熱容根據(jù)分子運動論,凡是原子數(shù)相同的氣體,其摩爾根據(jù)分子運動論,凡是原子數(shù)相同的氣體,其摩爾熱容也相同,反之,其摩爾熱容不相同。熱容也相同,反之,其摩爾熱容不相同。)(12ttcqx實際情況是多原子氣體的誤差比單原子氣體的誤差大。實際情況是多原子氣體的誤差比單原子氣體的誤差大。 2121ddTchTcupv理想氣體的熱力學能和焓是溫度的單理想氣體的熱力學能和焓是溫度的單值函數(shù):值函數(shù):Tcuv

10、dd Tchpdd )(d)(d12211221TTcTchTTcTcuppvv 按定值比熱容計算按定值比熱容計算: :按平均比熱容計算按平均比熱容計算: :221122112121()()ttVVttttppttuc dtctthc dtctt 熵的定義:熵的定義:RRTqsTQSdd或式中,下標式中,下標 “ R ” 表示可逆,表示可逆,T為工質(zhì)的絕對溫度。為工質(zhì)的絕對溫度。1 1、熵是系統(tǒng)內(nèi)部不確定、熵是系統(tǒng)內(nèi)部不確定( (無序無序) )程度的度量程度的度量; ;2 2、如何理解上述兩個定義式、如何理解上述兩個定義式? ?0dd),(),(),(12212121ssssssvTfsTpf

11、svpfsbadupdvT以以 為參數(shù)為參數(shù)( , )T vTvvRgTTcVddvvRTTcgVddRTqsdrevqdsTdpdvdTpvT兩邊微分兩邊微分dhvdpTVpdpdvccpv以 為參數(shù)( , )T p以 為參數(shù)( , )p vTppRgTTcpddppRTTcgpddTRpvgppRvvppcsgpddddvvcppRcpgpddvvcppcsppRTTcsvvRTTcspVgpgVddddddddd212121122121122121ddlndlndvvcppcsppRTTcsvvRTTcspVgpgV微分形式:微分形式:積分形式:積分形式:N理想氣體熵方程是從理想氣體熵方

12、程是從可逆過程可逆過程推導而來,但方程中只推導而來,但方程中只涉及狀態(tài)量或狀態(tài)量的增量,因此涉及狀態(tài)量或狀態(tài)量的增量,因此不可逆過程不可逆過程同樣適用。同樣適用。按定比熱容計算:按定比熱容計算:121221121221121221lnlnlnlnlnlnvvcppcsppRTTcsvvRTTcspVgpgV沸騰吸收能量吸收能量 2260 kJ熔解吸收能量吸收能量 334 kJ凝結(jié)釋放能量釋放能量2260 kJ凝固凝固釋放能量釋放能量334 kJ蒸汽(1 kg)水(1 kg)冰(1 kg)1.汽化汽化物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)的過程稱為汽化。物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)的過程稱為汽化。 汽汽化化 蒸發(fā)蒸發(fā):特指發(fā)

13、生在液體表面的汽化過程,:特指發(fā)生在液體表面的汽化過程,可在可在任何溫度下發(fā)生任何溫度下發(fā)生。 沸騰沸騰:汽化在液體內(nèi)部和表面發(fā)生的強烈的氣:汽化在液體內(nèi)部和表面發(fā)生的強烈的氣化過程,并產(chǎn)生大量氣泡產(chǎn)生。化過程,并產(chǎn)生大量氣泡產(chǎn)生。 沸騰沸騰過程只在過程只在沸點沸點下才會發(fā)生。下才會發(fā)生。 2.2.凝結(jié)凝結(jié)物質(zhì)由汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程稱為凝結(jié)物質(zhì)由汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程稱為凝結(jié) 。又稱液化現(xiàn)象,是汽化的反過程又稱液化現(xiàn)象,是汽化的反過程 3.3.汽化潛熱汽化潛熱汽化過程中汽化過程中1kg液態(tài)物質(zhì)(飽和液)完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)物質(zhì)(飽和液)完全轉(zhuǎn)變?yōu)槠麘B(tài)時所需的熱量稱為汽化潛熱。汽態(tài)時所需的熱量稱為汽化潛

14、熱。 液體分子脫離其液體分子脫離其表面的汽化速度表面的汽化速度汽體分子回到液汽體分子回到液體中的凝結(jié)速度體中的凝結(jié)速度這時液體與蒸汽處于動態(tài)這時液體與蒸汽處于動態(tài)平衡狀態(tài),稱為平衡狀態(tài),稱為飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)飽和液體飽和液體飽和蒸汽飽和蒸汽飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象一定條件下,當液化和汽化過一定條件下,當液化和汽化過程達到動態(tài)的平衡,物質(zhì)汽液程達到動態(tài)的平衡,物質(zhì)汽液兩相的質(zhì)量各自保持不變時,兩相的質(zhì)量各自保持不變時,稱這時的系統(tǒng)為飽和狀態(tài)。稱這時的系統(tǒng)為飽和狀態(tài)。 飽和狀態(tài)下的液體稱為飽和狀態(tài)下的液體稱為飽飽和液體和液體, ,蒸汽則稱為蒸汽則稱為飽和蒸汽飽和蒸汽例如:例如: 處于平衡狀態(tài)的汽處于平衡狀態(tài)

15、的汽液混合物液混合物沸騰中的液體沸騰中的液體 sstfp Pa659.611K16.273 tptppTtpptpp預熱階段汽化階段過熱階段4 4sttstt4 4sttsttstt4 4stt4 4sttstt4 4未飽和水狀態(tài)未飽和水狀態(tài) 飽和水狀態(tài)飽和水狀態(tài) 濕飽和蒸汽狀態(tài)濕飽和蒸汽狀態(tài) 干飽和蒸汽狀態(tài)干飽和蒸汽狀態(tài) 過熱蒸汽狀態(tài)過熱蒸汽狀態(tài)過熱階段過熱階段水蒸汽的定壓生成過程水蒸汽的定壓生成過程飽和水的汽化階段飽和水的汽化階段水的加熱階段水的加熱階段sttsttsttsttsttaaaaaaaaaaa說明:在此說明:在此a可代表可代表,vuhs飽和水飽和水未飽和水(過冷水)未飽和水(過

16、冷水)狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù):狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù):hhssvvttconstps .hhssvvttconstps . 這個階段所需的熱量稱為液體熱這個階段所需的熱量稱為液體熱 q q1 1干飽和蒸汽干飽和蒸汽飽和水飽和水濕濕(飽和飽和)蒸汽蒸汽飽和水與飽和飽和水與飽和蒸汽混合物蒸汽混合物hhssvvttconstps .hhhsssvvvttconstps .hhssvvttconstps . 這個階段所需的熱量稱為汽化潛熱這個階段所需的熱量稱為汽化潛熱r r濕蒸汽中飽和蒸汽所占的質(zhì)量濕蒸汽中飽和蒸汽所占的質(zhì)量百分比。百分比。mmxV過熱蒸汽過熱蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽hhssvvttconstps .

17、hhssvvttconstps . 這個階段所需的熱量稱為過熱熱這個階段所需的熱量稱為過熱熱 q qSUPSUP。 t-tt-ts s稱為過熱度稱為過熱度水的水的狀態(tài)狀態(tài) 壓縮水壓縮水壓力高于水壓力高于水溫對應的飽溫對應的飽和壓力和壓力過冷水過冷水溫度低于水壓溫度低于水壓對應的飽和溫對應的飽和溫度;過冷度度;過冷度未飽和水未飽和水上述兩種未達到飽上述兩種未達到飽和狀態(tài)的水的統(tǒng)稱和狀態(tài)的水的統(tǒng)稱汽化潛熱汽化潛熱定壓汽化過程定壓汽化過程所需的熱量所需的熱量干度干度xvlvmmmxmv:飽和蒸氣質(zhì)量:飽和蒸氣質(zhì)量ml:飽和水質(zhì)量:飽和水質(zhì)量過熱蒸汽過熱蒸汽及過熱度及過熱度溫度高于所處壓力下的溫度高于

18、所處壓力下的飽和溫度的蒸汽。這兩飽和溫度的蒸汽。這兩個溫度之差為過熱度。個溫度之差為過熱度。1.1.水的定壓預熱階段水的定壓預熱階段1Ts11x1液體熱液體熱0220( )( )()lsuqqrqhhhhhhhh lq2.2.飽和水的定壓汽化過程飽和水的定壓汽化過程汽化潛熱汽化潛熱kJ/kgrhhr3.3.水蒸汽的定壓過熱過程水蒸汽的定壓過熱過程sT2過熱熱過熱熱2kJ/kgsuqhh1kg1kg水從水從1 1狀態(tài)被加熱到狀態(tài)被加熱到2 2狀態(tài)所吸收的熱量狀態(tài)所吸收的熱量0kJ/kglqhhsuqkJ/kgsrTsss s22.115MPa;374.12ccpt;30.003147m /kg;

19、cv 2095.2kJ/kg;4.4237kJ/(kg K)cchsv一點一點: :臨界點臨界點; ; 三線三線: :飽和水線、干飽和蒸汽線、等臨界溫度線飽和水線、干飽和蒸汽線、等臨界溫度線; ;三區(qū)三區(qū): :未飽和水區(qū)、濕飽和蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū)未飽和水區(qū)、濕飽和蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū); ;五態(tài)五態(tài): :未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽. .vpsT一點一點兩線兩線三區(qū)三區(qū)五態(tài)五態(tài)一點一點物質(zhì)的臨界點物質(zhì)的臨界點兩線兩線飽和蒸汽狀態(tài)連線(上界限線)飽和蒸汽狀態(tài)連線(上界限線)飽和液體狀態(tài)連線(下界限線)飽和液體狀態(tài)連線(下界限線)

20、 三區(qū)三區(qū)汽態(tài)區(qū):上界限線與臨界等溫線上段右側(cè)區(qū)域汽態(tài)區(qū):上界限線與臨界等溫線上段右側(cè)區(qū)域液態(tài)區(qū):下界限線與臨界等溫線上段左側(cè)區(qū)域液態(tài)區(qū):下界限線與臨界等溫線上段左側(cè)區(qū)域 濕蒸汽區(qū):上、下界限線之間的鍾罩形區(qū)域濕蒸汽區(qū):上、下界限線之間的鍾罩形區(qū)域 五態(tài)五態(tài)過熱蒸汽:一定壓力下,溫度高于對應飽和溫度的蒸汽。過熱蒸汽:一定壓力下,溫度高于對應飽和溫度的蒸汽?;蛘哒f:一定溫度下,壓力低于飽和蒸汽壓的蒸汽?;蛘哒f:一定溫度下,壓力低于飽和蒸汽壓的蒸汽。 飽和蒸汽:一定壓力下,溫度等于對應飽和溫度的蒸汽。飽和蒸汽:一定壓力下,溫度等于對應飽和溫度的蒸汽?;蛘哒f:一定溫度下,壓力等于飽和蒸汽壓的蒸汽?;?/p>

21、者說:一定溫度下,壓力等于飽和蒸汽壓的蒸汽。 濕蒸汽:飽和蒸汽與飽和液體的機械混合物。濕蒸汽:飽和蒸汽與飽和液體的機械混合物。 飽和液體:一定壓力下,溫度等于對應飽和溫度的液體。飽和液體:一定壓力下,溫度等于對應飽和溫度的液體?;蛘哒f:一定溫度下,壓力等于飽和蒸汽壓的液體?;蛘哒f:一定溫度下,壓力等于飽和蒸汽壓的液體。 未飽和液體:一定壓力下,溫度低于對應飽和溫度的液體。未飽和液體:一定壓力下,溫度低于對應飽和溫度的液體?;蛘哒f:一定溫度下,壓力高于飽和蒸汽壓的液體。或者說:一定溫度下,壓力高于飽和蒸汽壓的液體。 飽和水及干飽和蒸汽表飽和水及干飽和蒸汽表未飽和水及過熱蒸汽表未飽和水及過熱蒸汽表查表查表蒸汽表蒸汽表判斷工質(zhì)所處的狀態(tài)判斷工質(zhì)所處的狀態(tài)查相應的表或進行相應的計算查相應的表或進行相應的計算1、飽和蒸汽表與飽和蒸汽的狀態(tài)確定、飽和蒸汽表與飽和蒸汽的狀態(tài)確定2、過熱蒸汽表及未飽和水與過熱蒸汽參數(shù)的確定、過熱蒸汽表及未飽和水與過熱蒸汽參數(shù)的確定3、濕蒸

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