熱力學(xué)第三章

熱力學(xué)第三章第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月工程熱力學(xué)的研究內(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，課件共52頁，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）可用簡單的式子描述

如汽車發(fā)動機和航空發(fā)動機以空氣為主的燃?xì)?、空調(diào)中的濕空氣等2、實際氣體（realgas）不能用簡單的式子描述，真實工質(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，課件共52頁，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，課件共52頁，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常用來表示數(shù)量第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

Rm與R的區(qū)別Rm——通用氣體常數(shù)(與氣體種類無關(guān))R——氣體常數(shù)(隨氣體種類變化)M-----摩爾質(zhì)量例如第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月計算時注意事項

1、絕對壓力2、溫度單位

K3、統(tǒng)一單位（最好均用國際單位）第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月計算時注意事項實例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，課件共52頁，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)實際氣體p很小,V很大,T不太低時,即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時,可視為理想氣體。

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

但是,當(dāng)實際氣體p很小,V很大,T不太低時,即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時,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)動機和航空發(fā)動機以空氣為主的燃?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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2

(比)熱容計算內(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，課件共52頁，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，課件共52頁，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1kg工質(zhì)升高1K內(nèi)能的增加量第13頁，課件共52頁，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1kg工質(zhì)升高1K焓的增加量第14頁，課件共52頁，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的計算要用cv和cp

。適用于任何氣體。第15頁，課件共52頁，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年焦耳實驗，對于理想氣體AB絕熱自由膨脹p

v

T不變

真空第16頁，課件共52頁，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，課件共52頁，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)動能＋內(nèi)位能T,v理想氣體無分子間作用力，內(nèi)能只決定于內(nèi)動能?

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

實際氣體第19頁，課件共52頁，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際氣體理想氣體h只與T有關(guān)第20頁，課件共52頁，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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1、按定比熱

2、按真實比熱計算§3-4理想氣體熱容、u、h和s的計算3、按平均比熱法計算理想氣體熱容的計算h、u、s的計算要用cv和cp第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月分子運動論1、按定比熱計算理想氣體熱容運動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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2、按真實比熱計算理想氣體的熱容根據(jù)實驗結(jié)果整理理想氣體第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3、按平均比熱計算理想氣體的熱容t

t2

t1

c(cp,cv)

附表3，4，5，6

c=f(t)

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

2.

cv為真實比熱3.

cv為平均比熱理想氣體

u的計算4.

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

2.

cp為真實比熱3.

cp為平均比熱理想氣體

h的計算4.

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

§3-5理想混合氣體

第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月研究對象

無化學(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，單獨研究第29頁，課件共52頁，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)計算第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月一、混合氣體的成分

第i種組元氣體的質(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，課件共52頁，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種組元氣體的摩爾成分：各組元摩爾成分之和為1第32頁，課件共52頁，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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月與xi的換算已知xi第34頁，課件共52頁，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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月分壓定律pTVpTVpTVpTV分壓力pi第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力是分子對管壁的作用力分壓定律的物理意義混合氣體對管壁的作用力是組元氣體單獨存在時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種組元氣體的實際存在狀態(tài)第37頁，課件共52頁，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，課件共52頁，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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三、

混合氣體的參數(shù)計算質(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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月混合物總參數(shù)的計算質(zhì)量守恒摩爾數(shù)守恒

分壓定律第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月混合物比參數(shù)的計算加權(quán)性[kJ/kg][kJ/kmol]注意：各組成氣體混合氣體內(nèi)能第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月混合物比參數(shù)的計算[kJ/kg][kJ/kmol]注意：各組成氣體混合氣體焓第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月混合物比參數(shù)的計算[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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月混合物比參數(shù)的計算[kJ/kg.K][kJ/kmol.K]熵[kJ/kg.K][kJ/kmol.K]ex第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月混合物容積的計算分容積定律總?cè)莘e比容[m3/kg][m3/kmol]第46頁，課件共52頁，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、焓的的特點和計算第47頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月計算練習(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，課件共