熱力學(xué)第三章

熱力學(xué)第三章第1頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工程熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容

1、能量轉(zhuǎn)換的基本定律

2、工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程3、熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理4、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)第2頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)

1、理想氣體（idealgas）可用簡(jiǎn)單的式子描述

如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的燃?xì)?、空調(diào)中的濕空氣等2、實(shí)際氣體（realgas）不能用簡(jiǎn)單的式子描述，真實(shí)工質(zhì)

火力發(fā)電的水和水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)等第3頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§3-1理想氣體狀態(tài)方程

理想氣體定義：凡遵循克拉貝龍方程的氣體四種形式的克拉貝龍方程：注意:

Rm與R

摩爾容積Vm狀態(tài)方程統(tǒng)一單位第4頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月摩爾容積Vm阿伏伽德羅假說:

相同p

和T

下各理想氣體的摩爾容積Vm相同在標(biāo)準(zhǔn)狀況下Vm常用來(lái)表示數(shù)量第5頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

Rm與R的區(qū)別Rm——通用氣體常數(shù)(與氣體種類無(wú)關(guān))R——?dú)怏w常數(shù)(隨氣體種類變化)M-----摩爾質(zhì)量例如第6頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)

1、絕對(duì)壓力2、溫度單位

K3、統(tǒng)一單位（最好均用國(guó)際單位）第7頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)實(shí)例V=1m3的容器有N2，溫度為20℃，壓力表讀數(shù)1000mmHg，pb=1atm，求N2質(zhì)量。1）2）3）4）第8頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.分子之間沒有作用力2.分子本身不占容積

但是,當(dāng)實(shí)際氣體p很小,V很大,T不太低時(shí),即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時(shí),可視為理想氣體。

理想氣體模型現(xiàn)實(shí)中沒有理想氣體第9頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

但是,當(dāng)實(shí)際氣體p很小,V很大,T不太低時(shí),即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時(shí),可視為理想氣體。

哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T>常溫，p<7MPa的雙原子分子理想氣體O2,N2,Air,CO,H2如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的燃?xì)獾热臃肿樱℉2O,CO2)一般不能當(dāng)作理想氣體特殊，如空調(diào)的濕空氣，高溫?zé)煔獾腃O2，可以第10頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§3-2

(比)熱容計(jì)算內(nèi)能,焓,熱量都要用到熱容定義:比熱容單位物量的物質(zhì)升高1K或1oC所需的熱量c:質(zhì)量比熱容摩爾比熱容C’:容積比熱容Cm=Mc=22.414C’第11頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ts(1)(2)1K比熱容是過程量還是狀態(tài)量?c1c2用的最多的某些特定過程的比熱容定容比熱容定壓比熱容第12頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定容比熱容cv任意準(zhǔn)靜態(tài)過程u是狀態(tài)量，設(shè)

定容物理意義：v時(shí)1kg工質(zhì)升高1K內(nèi)能的增加量第13頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定壓比熱容cp任意準(zhǔn)靜態(tài)過程h是狀態(tài)量，設(shè)

定壓物理意義：p時(shí)1kg工質(zhì)升高1K焓的增加量第14頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月cv和cp的說明1、

cv和cp

，過程已定,可當(dāng)作狀態(tài)量。2、前面的推導(dǎo)沒有用到理想氣體性質(zhì)，所以3、

h、u、s的計(jì)算要用cv和cp

。適用于任何氣體。第15頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§3-3理想氣體的u、h、s和熱容一、理想氣體的u

1843年焦耳實(shí)驗(yàn)，對(duì)于理想氣體AB絕熱自由膨脹p

v

T不變

真空第16頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體的內(nèi)能u理氣絕熱自由膨脹

p

v

T不變

理想氣體u只與T有關(guān)第17頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體內(nèi)能的物理解釋內(nèi)能＝內(nèi)動(dòng)能＋內(nèi)位能T,v理想氣體無(wú)分子間作用力，內(nèi)能只決定于內(nèi)動(dòng)能?

如何求理想氣體的內(nèi)能uT第18頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體內(nèi)能的計(jì)算理想氣體，任何過程理想氣體

實(shí)際氣體第19頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體的焓理想氣體，任何過程理想氣體實(shí)際氣體理想氣體h只與T有關(guān)第20頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一般工質(zhì):

理想氣體：邁耶公式理想氣體的熱容令比熱比第21頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、按定比熱

2、按真實(shí)比熱計(jì)算§3-4理想氣體熱容、u、h和s的計(jì)算3、按平均比熱法計(jì)算理想氣體熱容的計(jì)算h、u、s的計(jì)算要用cv和cp第22頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分子運(yùn)動(dòng)論1、按定比熱計(jì)算理想氣體熱容運(yùn)動(dòng)自由度單原子雙原子多原子Cv,m[kJ/kmol.K]Cp,m

[kJ/kmol.K]k1.671.41.29第23頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、按真實(shí)比熱計(jì)算理想氣體的熱容根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理理想氣體第24頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、按平均比熱計(jì)算理想氣體的熱容t

t2

t1

c(cp,cv)

附表3，4，5，6

c=f(t)

攝氏℃第25頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月適用于理想氣體任何過程1.

2.

cv為真實(shí)比熱3.

cv為平均比熱理想氣體

u的計(jì)算4.

若為空氣，直接查附表2第26頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月適用于理想氣體任何過程1.

2.

cp為真實(shí)比熱3.

cp為平均比熱理想氣體

h的計(jì)算4.

若為空氣，直接查附表2第27頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

§3-5理想混合氣體

第28頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月研究對(duì)象

無(wú)化學(xué)反應(yīng)的理想氣體混合物例：鍋爐煙氣CO2,CO,H2O,N2燃?xì)廨啓C(jī)中的燃?xì)饪照{(diào)工程中的濕空氣水蒸氣含量低，稀薄，當(dāng)作理想氣體水蒸氣含量可變化，單獨(dú)研究第29頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容

1、成分描寫2、分壓定律和分容積定律3、混合物參數(shù)計(jì)算第30頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、混合氣體的成分

第i種組元?dú)怏w的質(zhì)量成分：設(shè)混合氣體由1,2,3,…,i,…k種氣體組成各組元質(zhì)量成分之和為1第31頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月摩爾成分設(shè)混合氣體由1,2,3,…,i,…k種氣體組成摩爾數(shù)第i種組元?dú)怏w的摩爾成分：各組元摩爾成分之和為1第32頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月平均摩爾質(zhì)量M和折合氣體常數(shù)R設(shè)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M，摩爾數(shù)為n，則混合氣體質(zhì)量折合氣體常數(shù)平均摩爾質(zhì)量為M第33頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月與xi的換算已知xi第34頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、分壓定律和分容積定律Dalton’slawofpartialpressure分壓力定律pTVpTVpTVpTV分壓力pi第35頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分壓定律pTVpTVpTVpTV分壓力pi第36頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓力是分子對(duì)管壁的作用力分壓定律的物理意義混合氣體對(duì)管壁的作用力是組元?dú)怏w單獨(dú)存在時(shí)的作用力之和理想氣體模型1.分子之間沒有作用力2.分子本身不占容積

分壓力狀態(tài)是第i種組元?dú)怏w的實(shí)際存在狀態(tài)第37頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)量成分與混合物氣體常數(shù)kJ/kg.K第38頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分容積定律pTVpTVpTVpTV分容積Vi容積成分＝摩爾成分第39頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、

混合氣體的參數(shù)計(jì)算質(zhì)量，摩爾數(shù)，壓力，容積，內(nèi)能，焓，定壓比熱容，定容比熱容，熵，Ex總參數(shù)加和性總參數(shù)是各組元在分壓力狀態(tài)下的分參數(shù)之和（除總?cè)莘e）第40頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混合物總參數(shù)的計(jì)算質(zhì)量守恒摩爾數(shù)守恒

分壓定律第41頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混合物比參數(shù)的計(jì)算加權(quán)性[kJ/kg][kJ/kmol]注意：各組成氣體混合氣體內(nèi)能第42頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混合物比參數(shù)的計(jì)算[kJ/kg][kJ/kmol]注意：各組成氣體混合氣體焓第43頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混合物比參數(shù)的計(jì)算[kJ/kg.K][kJ/kmol.K]定壓比熱容[kJ/kg.K][kJ/kmol.K]定容比熱容第44頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混合物比參數(shù)的計(jì)算[kJ/kg.K][kJ/kmol.K]熵[kJ/kg.K][kJ/kmol.K]ex第45頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混合物容積的計(jì)算分容積定律總?cè)莘e比容[m3/kg][m3/kmol]第46頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章小結(jié)1、什么樣的氣體是理想氣體？2、理想氣體狀態(tài)方程的正確使用3、理想氣體比熱、內(nèi)能、焓的的特點(diǎn)和計(jì)算第47頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算練習(xí)題（1）教材3－13題氧氣瓶，V=0.04m3,p1=147.1bar,t1=t0=20℃迅速放氣，p2=73.55bar求：T2，放出的質(zhì)量mp2

,V已知，先求T2取氧氣瓶為開口系，試用開口系能量方程求T2m1m2m第48頁(yè)，課件共