1、關(guān)于理想氣體第一張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月工質(zhì) 內(nèi)部條件 能量轉(zhuǎn)換 外部條件熱力過(guò)程第二張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 概述物質(zhì)的三態(tài)及相變過(guò)程第三張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月【本節(jié)基本要求】(1)掌握工質(zhì)p-v-T熱力學(xué)面的意義，了解物質(zhì)的三種集態(tài)及其相變過(guò)程。(2)了解工質(zhì)的p-T圖、三相點(diǎn)及其特點(diǎn)。(3)掌握實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的工質(zhì)的特點(diǎn)。第四張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、物質(zhì)的三態(tài)及相變過(guò)程集態(tài)形式： 固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)相： 熱力系中物理性質(zhì)和化學(xué)組分完全均勻的部分。相變過(guò)程（或集態(tài)變化）： 在一定條件下相與相之間可以互相

2、轉(zhuǎn)化。第五張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、熱力學(xué)面 在簡(jiǎn)單可壓縮系中，由狀態(tài)方程F (p,v,T )=0可知，工質(zhì)的全部熱力學(xué)狀態(tài)在三維直角坐標(biāo)系中構(gòu)成的一個(gè)曲面，稱為 p-v-T熱力學(xué)面。 清晰地反映了物質(zhì)的三種集態(tài)和相變過(guò)程。單相區(qū)域：S、L、V兩相共存區(qū)域：S-L、L-V、S-V固S 液L 氣V 液態(tài)凝固時(shí)體積縮小的物質(zhì) 液態(tài)凝固時(shí)體積膨脹的物質(zhì)三相線固、液、氣三相平衡共存的狀態(tài)點(diǎn)的集合。第六張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、p-T圖（相圖） p-v-T熱力學(xué)面在p-T坐標(biāo)面上的投影。 p-T圖清楚地反映了固、液、氣三相間的關(guān)系，稱為相圖。p-v圖 p-v-T熱

3、力學(xué)面在p-v坐標(biāo)面上的投影；描述熱力狀態(tài)及熱力過(guò)程的重要狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖。水第七張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月水的變化融解過(guò)程：一定壓力下，固態(tài)冰液態(tài)水； （融點(diǎn)溫度與壓力的關(guān)系為融解曲線）汽化過(guò)程：一定壓力下，液態(tài)水氣態(tài)水蒸氣； （沸點(diǎn)溫度與壓力的關(guān)系為汽化曲線）升華過(guò)程：壓力低于三相點(diǎn)，固態(tài)冰氣態(tài)水蒸氣 只有固態(tài)、氣態(tài)存在，液相不再存在。 （升華點(diǎn)溫度與壓力關(guān)系為升華曲線） 固、液、汽三態(tài)共存的狀態(tài)為三相態(tài)，三相點(diǎn)。 第八張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、三相點(diǎn)在p-T圖上，融解線S-L、氣化線L-V和升華線S-V的交點(diǎn)是熱力學(xué)面中三相線的投影。對(duì)于確定的物質(zhì)，其三

4、相點(diǎn)的壓力和溫度是確定的； 其比體積是否確定？（否！其液相比體積不確定）第九張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月升華線純物質(zhì)的p-T相圖ppTT液液氣氣固固水一般物質(zhì)三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)流體流體升華線融解線融解線汽化線汽化線凝固時(shí)體積膨脹凝固時(shí)體積縮小第十張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月五、工質(zhì)及其熱力性質(zhì)熱能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換是通過(guò)物質(zhì)的體積變化實(shí)現(xiàn)的；能迅速、有效實(shí)現(xiàn)體積變化的是氣(汽)相物質(zhì)。因此，工質(zhì)僅指氣相物質(zhì)（氣體）。主要針對(duì)：理想氣體、實(shí)際氣體、蒸氣。本課程對(duì)工質(zhì)熱力性質(zhì)的討論僅限于理想氣體、水蒸氣和濕空氣。 原則上，固、液、氣三態(tài)物質(zhì)均可作為熱能與機(jī)械能相互

5、轉(zhuǎn)換所憑借的物質(zhì)。第十一張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第十二張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 理想氣體的熱力性質(zhì)和熱力過(guò)程第十三張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月【本節(jié)基本要求】(1)掌握理想氣體的狀態(tài)方程式。(2)掌握理想氣體的各種比熱容，并正確運(yùn)用比熱容計(jì)算理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵的變化。(3)了解理想氣體混合物的熱力性質(zhì)特點(diǎn)及基本計(jì)算。(4)掌握理想氣體各熱力過(guò)程的過(guò)程方程和基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系，能進(jìn)行熱力過(guò)程的功量和熱量計(jì)算。 (5)能夠?qū)⒗硐霘怏w的各熱力過(guò)程表示在p-v圖和T-s圖上，并進(jìn)行正確的分析。第十四張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年

6、6月理想氣體的熱力性質(zhì)(1)掌握理想氣體的狀態(tài)方程式。(2)掌握理想氣體的各種比熱容，并正確運(yùn)用比熱容計(jì)算理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵的變化。(3)了解理想氣體混合物的熱力性質(zhì)特點(diǎn)及基本計(jì)算。第十五張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、理想氣體及其狀態(tài)方程 1、理想氣體的概念凡是遵循克拉貝龍方程的氣體稱為理想氣體。對(duì)分子模型進(jìn)行兩點(diǎn)假設(shè)： (1)分子是不占據(jù)體積的彈性質(zhì)點(diǎn); (2)氣體分子相互之間沒(méi)有任何作用力。從微觀上講，凡是符合上述假設(shè)的氣體稱為理想氣體。第十六張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月工程中常用的O2、N2、H2、CO等，以及空氣、燃?xì)?、煙氣等工質(zhì)，在通常使用溫度、

7、壓力下都可作為理想氣體處理。水蒸氣、氟里昂蒸氣、氨蒸氣等工質(zhì)臨界溫度較高，在通常工作溫度和壓力下離液態(tài)不遠(yuǎn)，不能看作理想氣體。理想氣體是實(shí)際氣體 、 時(shí)的極限狀態(tài)。大氣中所含的少量水蒸氣；燃?xì)夂蜔煔庵泻械乃魵夂虲O2等，因分子濃度低、分壓力甚小，在溫度不太低時(shí)仍可視為理想氣體。第十七張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月假設(shè)：氣體分子是不占據(jù)體積的彈性質(zhì)點(diǎn)；理想氣體的概念分子相互之間沒(méi)有任何作用力。實(shí)際氣體：不符合上述兩點(diǎn)假設(shè)的氣態(tài)物質(zhì)。第十八張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)1、理想氣體（ideal gas）可用簡(jiǎn)單的式子描述；例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)

8、以空氣為主的燃?xì)?、空調(diào)中的濕空氣等。2、實(shí)際氣體（real gas）不能用簡(jiǎn)單的式子描述，真實(shí)工質(zhì)；例如火力發(fā)電的水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)等。第十九張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、理想氣體狀態(tài)方程克拉貝龍狀態(tài)方程1kg氣體mkg氣體n mol 氣體1 mol 氣體第二十張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月?tīng)顟B(tài)方程的應(yīng)用 1 求解平衡狀態(tài)下的某參數(shù)；2 計(jì)算兩平衡狀態(tài)間某參數(shù)的變化量；3 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與任意狀態(tài)間的換算；4 求氣體體積膨脹系數(shù)。1）必須采用絕對(duì)壓力；2）必須使用熱力學(xué)溫度【K】；3）各物理量必須單位統(tǒng)一。注意事項(xiàng)第二十一張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月

9、Rg與R的區(qū)別 R 通用氣體常數(shù) (與氣體種類無(wú)關(guān)) Rg 氣體常數(shù) (隨氣體種類變化)第二十二張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十三張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例l 把空氣壓送到體積為3m3的貯氣罐內(nèi)，初始時(shí)表壓力為3 kPa，溫度為20；壓送終了時(shí)壓力表讀數(shù)為300 kPa，溫度為50。試求壓送到貯氣罐內(nèi)的空氣質(zhì)量。解：設(shè)大氣壓力為0.1 MPa，空氣Rg=0.287 kJ/(kgK)表壓力第二十四張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 討論(1)計(jì)算中使用絕對(duì)壓力。實(shí)際工程中可以直接測(cè)到的是表壓力或真空度，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)值計(jì)算出絕對(duì)壓力；(2)由于貯氣罐體積已知

10、，充氣前后的壓力、溫度已定，故可由理想氣體狀態(tài)方程求充入氣體的質(zhì)量。本題是利用狀態(tài)方程求氣體質(zhì)量的典型題。仔細(xì)閱讀教材例3-1（p63）第二十五張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 例2：容器內(nèi)盛有一定量的理想氣體，如果將氣體放出一部分后達(dá)到了新的平衡狀態(tài)，問(wèn)放氣前、后兩個(gè)平衡狀態(tài)之間參數(shù)能否按狀態(tài)方程表示為下列形式： （a） （b）因?yàn)闅怏w放出一部分后，容器中氣體質(zhì)量發(fā)生了變化：根據(jù) 、 ，而 可證。解放氣前、后兩個(gè)平衡狀態(tài)之間參數(shù)：不能用方程式（a）描述，可按（b）形式描述。第二十六張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 例3 某鍋爐每小時(shí)燃煤500 kg，估計(jì)燃燒1 kg煤產(chǎn)生

11、煙氣約10 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。若煙囪出口煙氣的壓力為p=0.1 MPa，溫度為T=480 K，設(shè)煙氣流速為c=3 m/s，煙囪截面為圓形，求煙囪出口處的內(nèi)直徑。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與任意狀態(tài)間的換算第二十七張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十八張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、理想氣體的比熱容（一）比熱容的定義 1、熱容：物體溫度升高一度（ 1K或1）所需要的熱量，用C表示。 熱容的大小不僅與物體的種類及其質(zhì)量有關(guān)，還與過(guò)程有關(guān)，因?yàn)闊崃渴沁^(guò)程量。 第二十九張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、比熱容單位物量的物質(zhì)升高1K或1所需的熱量。質(zhì)量比熱容c ：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)的熱容，

12、J/(kgK) 摩爾比熱容Cm ：1mol物質(zhì)的熱容，J/(mol K) 體積比熱容C: 單位體積物質(zhì)的熱容，J/(Nm3K)Cm = Mc = 22.4135 C第三十張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Ts(1)(2)1K比熱容是過(guò)程量！c1c2用得最多的某些特定過(guò)程的比熱容。第三十一張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）比定容熱容和比定壓熱容氣體的比熱容是過(guò)程量。在熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，定容過(guò)程和定壓過(guò)程是兩種常見(jiàn)且重要的熱力過(guò)程。第三十二張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)于微元可逆過(guò)程， 熱力學(xué)能u 是狀態(tài)參數(shù) 定容過(guò)程， 比定容熱容1、比定容熱容cV物理

13、意義： 定容過(guò)程的比熱容，等于工質(zhì)溫度升高1K時(shí)比熱力學(xué)能的增量。第三十三張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 焓是狀態(tài)參數(shù)， 定壓過(guò)程， 比定壓熱容2、比定壓熱容對(duì)于微元可逆過(guò)程， 物理意義： 定壓過(guò)程的比熱容，等于工質(zhì)溫度升高1K時(shí)比焓的增量。第三十四張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月cV和cp的說(shuō)明1、過(guò)程已定，cv 和 cp 可當(dāng)作狀態(tài)量。 2、由定義式導(dǎo)出的，適用于一切氣體。第三十五張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （三） 理想氣體的比熱容1、理想氣體的比定容熱容理想氣體的熱力學(xué)能僅是溫度的單值函數(shù)： 不含分子間內(nèi)位能，僅有與溫度有關(guān)的分子內(nèi)動(dòng)能。第三十六張，

14、PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2、理想氣體的比定壓熱容根據(jù)焓的定義理想氣體的焓 h 是溫度的單值函數(shù)。第三十七張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月= cV + Rg 兩邊同乘摩爾質(zhì)量M： 摩爾定壓熱容 摩爾定容熱容 3、理想氣體的cp與cV之間的關(guān)系邁耶公式第三十八張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三十九張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1）真實(shí)比熱容理想氣體的 cV 和 cp 是溫度的單值函數(shù)。真實(shí)比熱容的形式：查閱附錄A-3或手冊(cè)表格形式多項(xiàng)式形式第四十張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月稱為工質(zhì)在 t1 t2溫度范圍內(nèi)的平均比熱容2）平均比熱容附

15、錄A-4a、附錄A-4b必要時(shí)用線性插值公式第四十一張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3）平均比熱容的直線關(guān)系式系數(shù)a和b在附錄A-5查取計(jì)算精度滿足一般要求第四十二張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4）定值比熱容單原子氣體雙原子氣體多原子氣體cV (CV,m)cp (Cp,m)第四十三張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論及能量按自由度均分原則，原子數(shù)目相同的氣體，其摩爾熱容相同，且與溫度無(wú)關(guān)，稱為定值摩爾熱容。 對(duì)于單原子氣體，在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)，表中定值摩爾熱容數(shù)值與實(shí)際熱容非常吻合； 對(duì)于雙原子氣體，在0200溫度范圍內(nèi)，定值摩爾熱容數(shù)值與平均

16、比熱容數(shù)值相當(dāng)接近； 對(duì)于多原子氣體，定值摩爾熱容數(shù)值與平均比熱容數(shù)值相差較大。 第四十四張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月應(yīng)用：例題3-2（P67-68） 取不同的比熱容計(jì)算過(guò)程吸熱量。按平均比熱容計(jì)算的結(jié)果較準(zhǔn)確 計(jì)算過(guò)程復(fù)雜【必須掌握線性插值公式】；按定值比熱容計(jì)算的誤差最大 計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單【必須掌握定值比熱容計(jì)算】。第四十五張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十六張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、理想氣體的熱力學(xué)能，焓和熵（一）理想氣體的熱力學(xué)能與焓理想氣體的熱力學(xué)能與焓都是溫度的單值函數(shù)。 適用范圍：理想氣體、任何過(guò)程。變化量真實(shí)比熱容：第四十七張，PPT

17、共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月理想氣體的u和h的計(jì)算定值比熱容：平均比熱容：理想氣體，任何過(guò)程第四十八張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （二）理想氣體的熵 變化量 根據(jù)熵的定義式、熱力學(xué)第一定律表達(dá)式和理想氣體狀態(tài)方程：理想氣體，任何微元過(guò)程理想氣體的比熵是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。第四十九張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月定值比熱容： 理想氣體，任何過(guò)程第五十張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)論：（1）理想氣體比熵的變化完全取決于初態(tài)和終態(tài)，與過(guò)程所經(jīng)歷的路徑無(wú)關(guān)。 理想氣體的比熵是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。 （2）以上公式適用于理想氣體任何過(guò)程中熵變量的計(jì)算。 第五十一張，PPT共六

18、十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月作業(yè)習(xí)題：3-3 3-4 3-10 3-13 附錄A-2（查定值比熱容）； 附錄A-4a、A-4b( 查平均比熱容，線性插值）。相關(guān)思考題第五十二張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五十三張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、理想氣體的混合物 由相互不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的理想氣體組成混合氣體。當(dāng)每一組元（或組分）為理想氣體時(shí)，整個(gè)混合氣體也具有理想氣體的性質(zhì)。 混合氣體的性質(zhì)取決于各組元的性質(zhì)與份額。第五十四張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月理想氣體混合物：第五十五張，PPT共六十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）分壓力與分體積定律各組元的溫度相等，但壓力、體積不同。分壓力：某組元i單獨(dú)占有混合氣體體積V并處于混合