第2章氣體熱力性質(zhì)

1、理想氣體與實(shí)際氣體理想氣體與實(shí)際氣體定義：定義：熱力學(xué)中，把完全符合熱力學(xué)中，把完全符合 及熱及熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù)力學(xué)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(shí)際氣體。為理想氣體；否則稱為實(shí)際氣體。RTpv )(Tuu 理想氣體：理想氣體：氧氣、氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧氣、氫氣、氮?dú)狻⒁谎趸肌⒍趸?、空氣、燃?xì)?、煙氣氧化碳、空氣、燃?xì)狻煔猓ㄔ谕ǔＪ梗ㄔ谕ǔＪ褂玫臏囟?、壓力下）用的溫度、壓力下）?shí)際氣體：實(shí)際氣體：氨、氟里昂、蒸汽動(dòng)力裝置中的水氨、氟里昂、蒸汽動(dòng)力裝置中的水蒸氣蒸氣簡(jiǎn)化了物理模型，不僅可以定性分析氣簡(jiǎn)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(dǎo)出狀態(tài)參體某些熱現(xiàn)象，而且可定量導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)間存在的簡(jiǎn)單函數(shù)關(guān)系；數(shù)間存在的簡(jiǎn)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(wú)關(guān)，隨氣體的種類不同而異的狀態(tài)無(wú)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(shí)任一平衡狀態(tài)時(shí)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(wú)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(wú)關(guān)，與氣體的種類也無(wú)關(guān)無(wú)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?yàn)樵谕瑲怏w常數(shù)之所以隨氣體種類不同而不同，是因?yàn)樵谕瑴亍⑼瑝合?，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?jī)?nèi)氧氣，瓶?jī)?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?jī)?nèi)氧氣的質(zhì)量是多少？設(shè)大氣，試求瓶?jī)?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(guò)程的比熱容可逆定壓過(guò)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(guò)程量，因此比熱容也與各過(guò)程特性熱量是過(guò)程量，因此比熱容也與各過(guò)程特性有關(guān)，不同的熱力過(guò)程，比熱容也不相同：有關(guān)，不同的熱力過(guò)程，比熱容也不相同： 定容比熱容定容比熱容：可逆定容過(guò)程的比熱容：可逆定容過(guò)程的比熱容焓值焓值h=u+pv，對(duì)于理想氣體，對(duì)于理想氣體h=u+RT，可見焓與壓力無(wú)關(guān)，可見焓與壓力無(wú)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(duì)于理想氣體，對(duì)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(duì)于理想氣體，其分子間

7、無(wú)作用力，不存在勢(shì)能，內(nèi)能對(duì)于理想氣體，其分子間無(wú)作用力，不存在勢(shì)能，內(nèi)能只包括取決于溫度的分子動(dòng)能，與比容無(wú)關(guān)，理想氣體的只包括取決于溫度的分子動(dòng)能，與比容無(wú)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(duì)于理想氣體，比熱容比等于絕熱指數(shù)。對(duì)于理想氣體，比熱容比等于絕熱指數(shù)。22102210tbtbbcTaTaac真實(shí)比熱容真實(shí)比熱容將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的不同氣體的比熱容隨溫度的變化關(guān)系，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的不同氣體的比熱容隨溫度的變化

8、關(guān)系，表達(dá)為多項(xiàng)式形式：表達(dá)為多項(xiàng)式形式：( (比熱容與絕對(duì)溫度的關(guān)系比熱容與絕對(duì)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(shí)同一種氣體的只取決于終態(tài)溫度，這時(shí)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(yùn)動(dòng)論，凡是原子數(shù)相同的氣體，其摩爾根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)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(shí)際情況是多原子氣體的誤差比單原子氣體的誤差大。實(shí)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(xué)能和焓是溫度的單理想氣體的熱力學(xué)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(jì)算按定值比熱容計(jì)算: :按平均比熱容計(jì)算按平均比熱容計(jì)算: :221122112121()()ttVVttttppttuc dtctthc dtctt 熵的定義：熵的定義：RRTqsTQSdd或式中，下標(biāo)式中，下標(biāo) “ R ” 表示可逆，表示可逆，T為工質(zhì)的絕對(duì)溫度。為工質(zhì)的絕對(duì)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(wú)序無(wú)序) )程度的度量程度的度量; ;2 2、如何理解上述兩個(gè)定義式、如何理解上述兩個(gè)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(guò)程可逆過(guò)程推導(dǎo)而來(lái)，但方程中只推導(dǎo)而來(lái)，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(guò)程不可逆過(guò)程同樣適用。同樣適用。按定比熱容計(jì)算：按定比熱容計(jì)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(guò)程稱為汽化。物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)的過(guò)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(guò)程，：特指發(fā)生在液體表面的汽化過(guò)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(qiáng)烈的氣：汽化在液體內(nèi)部和表面發(fā)生的強(qiáng)烈的氣化過(guò)程，并產(chǎn)生大量氣泡產(chǎn)生。化過(guò)程，并產(chǎn)生大量氣泡產(chǎn)生。 沸騰沸騰過(guò)程只在過(guò)程只在沸點(diǎn)沸點(diǎn)下才會(huì)發(fā)生。下才會(huì)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(guò)程稱為凝結(jié)物質(zhì)由汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過(guò)程稱為凝結(jié) 。又稱液化現(xiàn)象，是汽化的反過(guò)程又稱液化現(xiàn)象，是汽化的反過(guò)程 3.3.汽化潛熱汽化潛熱汽化過(guò)程中汽化過(guò)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(shí)所需的熱量稱為汽化潛熱。汽態(tài)時(shí)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(shí)液體與蒸汽處于動(dòng)態(tài)這時(shí)液體與蒸汽處于動(dòng)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(dāng)液化和汽化過(guò)一定條件下，當(dāng)液化和汽化過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡，物質(zhì)汽液程達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡，物質(zhì)汽液兩相的質(zhì)量各自保持不變時(shí)，兩相的質(zhì)量各自保持不變時(shí)，稱這時(shí)的系統(tǒng)為飽和狀態(tài)。稱這時(shí)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(yù)熱階段汽化階段過(guò)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(guò)熱蒸汽狀態(tài)過(guò)熱蒸汽狀態(tài)過(guò)熱階段過(guò)熱階段水蒸汽的定壓生成過(guò)程水蒸汽的定壓生成過(guò)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(shuō)明：在此說(shuō)明：在此a可代表可代表,vuhs飽和水飽和水未飽和水（過(guò)冷水）未飽和水（過(guò)

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(gè)階段所需的熱量稱為液體熱這個(gè)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(gè)階段所需的熱量稱為汽化潛熱這個(gè)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(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽hhssvvttconstps .

17、hhssvvttconstps . 這個(gè)階段所需的熱量稱為過(guò)熱熱這個(gè)階段所需的熱量稱為過(guò)熱熱 q qSUPSUP。 t-tt-ts s稱為過(guò)熱度稱為過(guò)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(duì)應(yīng)的飽溫對(duì)應(yīng)的飽和壓力和壓力過(guò)冷水過(guò)冷水溫度低于水壓溫度低于水壓對(duì)應(yīng)的飽和溫對(duì)應(yīng)的飽和溫度；過(guò)冷度度；過(guò)冷度未飽和水未飽和水上述兩種未達(dá)到飽上述兩種未達(dá)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(guò)程定壓汽化過(guò)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(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽及過(guò)熱度及過(guò)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(gè)溫度之差為過(guò)熱度。個(gè)溫度之差為過(guò)熱度。1.1.水的定壓預(yù)熱階段水的定壓預(yù)熱階段1Ts11x1液體熱液體熱0220( )( )()lsuqqrqhhhhhhhh lq2.2.飽和水的定壓汽化過(guò)程飽和水的定壓汽化過(guò)程汽化潛熱汽化潛熱kJ/kgrhhr3.3.水蒸汽的定壓過(guò)熱過(guò)程水蒸汽的定壓過(guò)熱過(guò)程sT2過(guò)熱熱過(guò)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(diǎn)一點(diǎn): :臨界點(diǎn)臨界點(diǎn); ; 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(guò)熱蒸汽區(qū)未飽和水區(qū)、濕飽和蒸汽區(qū)、過(guò)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(guò)熱蒸汽未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽. .vpsT一點(diǎn)一點(diǎn)兩線兩線三區(qū)三區(qū)五態(tài)五態(tài)一點(diǎn)一點(diǎn)物質(zhì)的臨界點(diǎn)物質(zhì)的臨界點(diǎn)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(guò)熱蒸汽：一定壓力下，溫度高于對(duì)應(yīng)飽和溫度的蒸汽。過(guò)熱蒸汽：一定壓力下，溫度高于對(duì)應(yīng)飽和溫度的蒸汽?；蛘哒f(shuō)：一定溫度下，壓力低于飽和蒸汽壓的蒸汽?；蛘哒f(shuō)：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(duì)應(yīng)飽和溫度的蒸汽。飽和蒸汽：一定壓力下，溫度等于對(duì)應(yīng)飽和溫度的蒸汽?；蛘哒f(shuō)：一定溫度下，壓力等于飽和蒸汽壓的蒸汽?；?/p>

21、者說(shuō)：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(jī)械混合物。濕蒸汽：飽和蒸汽與飽和液體的機(jī)械混合物。 飽和液體：一定壓力下，溫度等于對(duì)應(yīng)飽和溫度的液體。飽和液體：一定壓力下，溫度等于對(duì)應(yīng)飽和溫度的液體?；蛘哒f(shuō)：一定溫度下，壓力等于飽和蒸汽壓的液體。或者說(shuō)：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(duì)應(yīng)飽和溫度的液體。未飽和液體：一定壓力下，溫度低于對(duì)應(yīng)飽和溫度的液體?；蛘哒f(shuō)：一定溫度下，壓力高于飽和蒸汽壓的液體?；蛘哒f(shuō)：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(guò)熱蒸汽表未飽和水及過(guò)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(yīng)的表或進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算查相應(yīng)的表或進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)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(guò)熱蒸汽表及未飽和水與過(guò)熱蒸汽參數(shù)的確定、過(guò)熱蒸汽表及未飽和水與過(guò)熱蒸汽參數(shù)的確定3、濕蒸