第五章 理想氣體的熱力性質(zhì)和熱力過程 - 大連海事大學(xué).ppt

1、第五章 理想氣體的熱力性質(zhì)和過程,第一節(jié) 理想氣體的定義 第二節(jié) 理想氣體的比熱容 第三節(jié) 理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵 第四節(jié) 理想氣體的熱力過程 第五節(jié) 理想氣體熱力過程的圖示綜合分析,第一節(jié) 理想氣體的定義,一、理想氣體與實(shí)際氣體,定義：熱力學(xué)中，把完全符合 及熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù) 的氣體，稱為理想氣體；否則稱為實(shí)際氣體。,理想氣體：氧氣、氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳、空氣?燃?xì)?、煙氣（在通常使用的溫度、壓力下?實(shí)際氣體：氨、氟里昂、蒸汽動(dòng)力裝置中的水蒸氣,二、理想氣體狀態(tài)方程,RM為是一個(gè)既與狀態(tài)無關(guān)，也與理想氣體種類無關(guān)的常量，稱為“通用氣體常數(shù)”.,R為氣體常數(shù) ,與氣體種類

2、有關(guān)。,VM為千摩爾體積，單位是,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(Tn=273.15K、pn=0.101325MPa), 1kmol氣體體積為：,例5-1 已知氧氣瓶的容積 ，瓶內(nèi)氧氣溫度為20，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為15Mpa，試求瓶內(nèi)氧氣的質(zhì)量是多少？,解：,氧氣：,例5-2 剛性容器中原先有壓力為p1、溫度為T1的一定質(zhì)量的某種氣體，已知其氣體常數(shù)為R。后來加入了3kg的同種氣體，壓力變?yōu)閜2、溫度仍為T1。試確定容器的體積和原先的氣體質(zhì)量m1。,解：,第二節(jié) 理想氣體的比熱容,一、比熱容及其分類,定義：單位物量物體在準(zhǔn)靜態(tài)過程中溫度升高1K（或1C）所需要的熱量稱為“比熱容”。,三者的換算關(guān)系：

3、,定容過程 和定壓過程,理想氣體,二、應(yīng)用比熱容計(jì)算熱量的方法,1. 曲線關(guān)系,面積ABCDA,=面積1BC01-面積1AD01,=q02-q01,2. 直線關(guān)系,3. 定值比熱容,直線關(guān)系平均比熱容見表5-2，注意：表中t用（t1+t2）代入,例4-3 試分別利用比熱表5-1和比熱表5-2，計(jì)算100kg空氣在定壓下從900加熱到1300所需的熱量，并進(jìn)行比較。,解:,查表5-1,查表5-2,第三節(jié) 理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵,一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓,溫度相同的狀態(tài)點(diǎn)（可能壓力和比體積不同）其熱力學(xué)能和焓就 相同。理想氣體的等溫線即為等熱力學(xué)能線、等焓線。,同溫度范圍內(nèi)所有過程初、終狀態(tài)

4、熱力學(xué)能變化量相同，焓變化量都相同。,理想氣體可逆過程,二、邁耶方程,比定壓熱容大于比定容熱容,三、理想氣體的熵,例5-5 試求空氣在自由膨脹中比熵的變化量，已知初態(tài)空氣 的溫度為 ，體積為 ，膨脹終了的容積 。,解：取整個(gè)容器內(nèi)的空氣為孤立系統(tǒng)（系統(tǒng)與外界無功、熱及物質(zhì)交換）,即：,第四節(jié) 理想氣體的熱力過程,一、研究熱力過程的目的和方法,目的：揭示過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，以及該過程中熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換情況，進(jìn)而找出影響它們轉(zhuǎn)換的主要因素。,方法：討論理想氣體的可逆過程 1. 過程方程 ,一般寫成 的形式)。 2.利用狀態(tài)方程和過程方程推出初、終狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式。 3. 在p-

5、v圖和T-s圖上表示出該過程曲線。 4. 該過程熱力學(xué)能、焓、熵的變化以及功和熱量。,二、 定容過程,1過程方程,2初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系,3p-v圖及T-s圖,曲線斜率,4、能量轉(zhuǎn)換,1）過程功,2）熱量,定容線向右水平移動(dòng)時(shí)，比容增大,三、 定壓過程,1過程方程,2初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系,3p-v圖及T-s圖,曲線斜率,在T-s圖上，同一溫度下定容線比定壓線的斜率大,4、能量轉(zhuǎn)換,1）過程功,2）熱量,定壓線向左水平移動(dòng)，壓力增加,四、 定溫過程,4、能量轉(zhuǎn)換,1）過程功,2）熱量,五、 絕熱過程,1過程方程,絕熱指數(shù)，其數(shù)值隨氣體的種類和溫度而變,對于空氣和燃?xì)猓?3p-v圖及T-s圖,曲線斜率

6、,在P-v圖上，絕熱線比定溫線陡,2）熱量,六、多變過程,1. 過程方程：,分別為定容、定壓、定溫、絕熱過程,稱為多變指數(shù),2. 初、終狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：,3. 熱力學(xué)能、焓、熵的變化：,4. 功、熱量：,多變指數(shù)為n的多變過程，技術(shù)功是體積功的n倍,第五節(jié) 理想氣體熱力過程的圖示綜合分析,三條分界線：,定容線：右側(cè)，體積功為正； 左側(cè)，體積功為負(fù)。 定溫線：上方，溫度增加； 下方，溫度降低。 絕熱線：右側(cè)，吸熱； 左側(cè)，放熱 。,已知某一膨脹過程的n值為1nk,w0，u0,例5-5：汽缸與活塞間封閉有1kg空氣，經(jīng)歷一多變壓縮過程，消耗壓縮功300kJ，氣體的比體積縮小為原來的1/7.5，壓力增加到原來的9.3倍。已知該氣體的k=1.4和Cv=0.716kJ/(kgK