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第三章 理想气体的热力性质和热力过程
11/11/2017
学****导引
理想气体是一种假想的物理模型,对于研究热力现象具有重要意义。
本章的主要内容分为两大部分:理想气体的热力性质,包括理想气体状态方程、理想气体的比热容及热量计算、理想气体的热力学能和焓变化量的计算;理想气体的热力过程,包括基本热力过程和多变过程的过程方程式、状态参数变化规律、能量交换规律及在p-v图和T-s图上的表示。
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学****要求
理解理想气体的含义,熟练掌握并正确应用理想气体的状态方程。
理解比热容的物理意义以及影响比热容的主要因素;理解真实比热
容、定值比热容和平均比热容的含义,能正确使用定值比热容和平
均比热容计算过程热量。
掌握理想气体热力学能和焓变化量的计算。
掌握理想气体基本热力过程的过程方程式和基本状态参数变化的关
系式,能正确计算理想气体基本热力过程的热量和功量。
知道多变过程是热力过程从特殊到一般的更普遍的表达式,会运用
多变过程的规律进行过程的分析、计算。
能将理想气体的各种热力过程表示在p-v图和T-s图上。
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本章难点
1. 比热容的种类较多,理解起来有一定的难度。应
注意各种比热容的区别与联系。在利用比热容计算过程
热量及热力学能和焓的变化量时应注意选取正确的比热
容,不要相互混淆,应结合例题与****题加强练****br/> 2. 理想气体各种热力过程的初、终态基本状态参数
间的关系式以及过程中热力系与外界交换的热量和功量
的计算式较多,如何记忆和运用是一难点,应结合例题
与****题加强练****br/>11/11/2017
第一节理想气体及状态方程
一、理想气体与实际气体
1. 什么是理想气体?
——所谓理想气体是一种经过科学抽象的假想气体,这种气体
必须符合两个假定:
(1)气体的分子是一些弹性的、不占体积的质点。
(2)分子间没有相互作用力。
如在常温下,压力不超过5MPa的O2、N2、H2、CO、CO2 等及其
混合物、大气或燃气中所含的少量水蒸气,都可作为理想气体处理。
工程热力学提到的气体均指理想气体。
否则为实际气体, 如蒸汽动力装置中的水蒸汽、各种制冷剂蒸汽
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二、理想气体状态方程
当理想气体处于任一平衡状态时,三个基本状态参数之间满足:
Rg 气体常数,单位为J/(kg·K),其数值取决于气体的种类,与气体状态无关。
称为理想气体状态方程又称克拉贝龙方程式
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SI制中,物质的量以mol (摩尔)为单位,因此, 还有其它形式的理想气体状态方程式。
对于质量为mkg 的理想气体,有
理想气体状态方程
物质的量与摩尔质量的关系:
物质的量:n ,单位: mol(摩尔)。
摩尔质量: M ,1 mol物质的质量,kg/mol。
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若令RMRg ,
理想气体状态方程
1kmol物质的质量在数值上等于该物质的相对分子质量。
如:
∵
摩尔体积: Vm ,1 mol物质的体积, m3/mol。
R摩尔气体常数(又称为通用气体常数), J/(molK)。
∴
,则有
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已知在物理标准状态(压力为101325Pa,)下, m3。故有
理想气体状态方程
不同气体的气体常数Rg与通用气体常数R的关系:
根据阿佛伽德罗定律,同温、同压下任何气体的摩尔体积Vm 都相等,所以任何气体的摩尔气体常数R 都等于常数,并且与气体所处的具体状态无关。
〔J/(mol·K) 〕
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例3-1 氧气瓶内装有氧气,,,若环境温度为20℃, MPa,求:(1)氧气的比体积;(2)氧气的物质的量。
解:(1)瓶中氧气的绝对压力为
p()106106(Pa)
气体的热力学温度为 T20 ( K )
气体常数为
J/(kgK)

根据公式(3-1)得氧气的比体积为
(m3/kg)
(2)根据公式(3-4)得氧气物质的量为
(mol)
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