理想气体课件.ppt
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1、关于理想气体第1页,此课件共65页哦工质 内部条件 能量转换 外部条件热力过程第2页,此课件共65页哦第一节第一节 概述概述物质的三态及相变过程物质的三态及相变过程第3页,此课件共65页哦【本节基本要求本节基本要求】n(1)掌握工质掌握工质p-v-T热力学面的意义,了解物质的三种集热力学面的意义,了解物质的三种集态及其相变过程。态及其相变过程。n(2)了解工质的了解工质的p-T图、三相点及其特点。图、三相点及其特点。n(3)掌握实现热能和机械能转换的工质的特点。掌握实现热能和机械能转换的工质的特点。第4页,此课件共65页哦一、物质的三态及相变过程一、物质的三态及相变过程n集态形式:集态形式:n
2、 固态、液态、气态固态、液态、气态n相:相:n 热力系中物理性质和化学组分完全均匀的部分。热力系中物理性质和化学组分完全均匀的部分。n相变过程(或集态变化):相变过程(或集态变化):n 在一定条件下相与相之间可以互相转化。在一定条件下相与相之间可以互相转化。第5页,此课件共65页哦二、热力学面二、热力学面 在简单可压缩系中,由状态在简单可压缩系中,由状态方程方程F(p,v,T)=0可知,工质可知,工质的全部热力学状态在三维直的全部热力学状态在三维直角坐标系中构成的一个曲面,角坐标系中构成的一个曲面,称为称为 p-v-T热力学面热力学面。清晰地反映了物质的三种集清晰地反映了物质的三种集态和相变过
3、程。态和相变过程。单相区域:单相区域:S、L、V两相共存区域:两相共存区域:S-L、L-V、S-V固固S 液液L 气气V 液态凝固时液态凝固时体积缩小的物质体积缩小的物质 液态凝固时液态凝固时体积膨胀的物质体积膨胀的物质三相线三相线固、液、气三相平衡共存的状态点的集合。固、液、气三相平衡共存的状态点的集合。第6页,此课件共65页哦三、三、p-T图图(相图相图)p-v-T热力学面在热力学面在p-T坐标面上的投影。坐标面上的投影。p-T图图清楚地反映了固、液、气三相间的关系,称为清楚地反映了固、液、气三相间的关系,称为相图相图。p-v图图 p-v-T热力学面在热力学面在p-v坐坐标面上的投影;标面
4、上的投影;描述热力状态及热力过描述热力状态及热力过程的重要状态参数坐标图程的重要状态参数坐标图。水水第7页,此课件共65页哦水的变化水的变化n融解过程:一定压力下,固态冰液态水;n (融点温度与压力的关系为融解曲线)n汽化过程:一定压力下,液态水气态水蒸气;n (沸点温度与压力的关系为汽化曲线)n升华过程:压力低于三相点,固态冰气态水蒸气n 只有固态、气态存在,液相不再存在。n (升华点温度与压力关系为升华曲线)固、液、汽三态共存的状态为三相态,三相点。固、液、汽三态共存的状态为三相态,三相点。第8页,此课件共65页哦四、三相点四、三相点在在p-T图上,融解线图上,融解线S-L、气化线、气化线
5、L-V和升华线和升华线S-V的交的交点是点是热力学面热力学面中三相线的投影。中三相线的投影。对于确定的物质,其三相点的压力和温度是确定的;对于确定的物质,其三相点的压力和温度是确定的;其比体积是否确定?(其比体积是否确定?(否!否!其液相比体积不确定其液相比体积不确定)第9页,此课件共65页哦升华线升华线纯物质的纯物质的p-T相图相图ppTT液液液液气气气气固固固固水水一般物质一般物质三相点三相点三相点三相点临界点临界点临界点临界点流体流体流体流体升华线升华线融解线融解线融解线融解线汽化线汽化线汽化线汽化线凝固时体积膨胀凝固时体积膨胀凝固时体积缩小凝固时体积缩小第10页,此课件共65页哦五、工
6、质及其热力性质五、工质及其热力性质n热能和机械能的相互转换是通过物质的体积变化热能和机械能的相互转换是通过物质的体积变化实现的;能迅速、有效实现体积变化的是气实现的;能迅速、有效实现体积变化的是气(汽汽)相物质。相物质。n因此,工质仅指气相物质(气体)。因此,工质仅指气相物质(气体)。n主要针对:理想气体、实际气体、蒸气。主要针对:理想气体、实际气体、蒸气。n本课程对工质热力性质的讨论仅限于理想气体、水本课程对工质热力性质的讨论仅限于理想气体、水蒸气和湿空气。蒸气和湿空气。原则上,固、液、气三态物质均可作为热能与机原则上,固、液、气三态物质均可作为热能与机械能相互转换所凭借的物质。械能相互转换
7、所凭借的物质。第11页,此课件共65页哦第12页,此课件共65页哦第二节第二节 理想气体的热力性质和热力过程理想气体的热力性质和热力过程第13页,此课件共65页哦【本节基本要求本节基本要求】(1)掌握理想气体的状态方程式。掌握理想气体的状态方程式。(2)掌握理想气体的各种比热容,并正确运用比热容计算理想气体掌握理想气体的各种比热容,并正确运用比热容计算理想气体的热力学能、焓和熵的变化。的热力学能、焓和熵的变化。(3)了解理想气体混合物的热力性质特点及基本计算。了解理想气体混合物的热力性质特点及基本计算。(4)掌握理想气体各热力过程的过程方程和基本状态参数间掌握理想气体各热力过程的过程方程和基本
8、状态参数间的关系,能进行热力过程的功量和热量计算。的关系,能进行热力过程的功量和热量计算。(5)能够将理想气体的各热力过程表示在能够将理想气体的各热力过程表示在p-v图和图和T-s图上,并进图上,并进行正确的分析。行正确的分析。第14页,此课件共65页哦理想气体的热力性质理想气体的热力性质(1)掌握理想气体的状态方程式。掌握理想气体的状态方程式。(2)掌握理想气体的各种比热容,并正确运用比热容计算理想气体的掌握理想气体的各种比热容,并正确运用比热容计算理想气体的热力学能、焓和熵的变化。热力学能、焓和熵的变化。(3)了解理想气体混合物的热力性质特点及基本计算。了解理想气体混合物的热力性质特点及基
9、本计算。第15页,此课件共65页哦一、理想气体及其状态方程一、理想气体及其状态方程 1、理想气体的概念、理想气体的概念凡是遵循凡是遵循克拉贝龙方程克拉贝龙方程的气体称为理想气体。的气体称为理想气体。对分子模型进行两点假设:对分子模型进行两点假设:(1)分子是不占据体积的弹性质点分子是不占据体积的弹性质点;(2)气体分子相互之间没有任何作用力。气体分子相互之间没有任何作用力。从微观上讲,凡是符合上述假设的气体称为理想气体。从微观上讲,凡是符合上述假设的气体称为理想气体。第16页,此课件共65页哦n 工程中常用的工程中常用的O2、N2、H2、CO等,以及等,以及空气、燃气、烟气等工质空气、燃气、烟
10、气等工质,在通常使用温度、压力下都可作为理想气体处理。,在通常使用温度、压力下都可作为理想气体处理。n 水蒸气、氟里昂水蒸气、氟里昂蒸气蒸气、氨、氨蒸气蒸气等工质临界温度较高,在通常工作等工质临界温度较高,在通常工作温度和压力下离液态不远,不能看作理想气体温度和压力下离液态不远,不能看作理想气体。n 理想气体是实际气体理想气体是实际气体 、时的极限状态。时的极限状态。0pvn 大气中所含的少量水蒸气;燃气和烟气中含有的水蒸气和大气中所含的少量水蒸气;燃气和烟气中含有的水蒸气和CO2等等,因分子浓度低、分压力甚小,因分子浓度低、分压力甚小,在温度不太低时仍可视为理想在温度不太低时仍可视为理想气体
11、。气体。第17页,此课件共65页哦假设:气体分子是不占据体积的弹性质点;理想气体的概念理想气体的概念分子相互之间没有任何作用力。低压力 p大比体积mVv 实际气体实际气体:不符合上述两不符合上述两点假设的气态物质。点假设的气态物质。第18页,此课件共65页哦工程热力学的两大类工质工程热力学的两大类工质1、理想气体(理想气体(ideal gas)n可用简单的式子描述;可用简单的式子描述;n例如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调例如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调中的湿空气等。中的湿空气等。2、实际气体(、实际气体(real gas)n不能用简单的式子描述,真实工质;不能用简
12、单的式子描述,真实工质;n例如火力发电的水蒸气、制冷空调中制冷工质等。例如火力发电的水蒸气、制冷空调中制冷工质等。第19页,此课件共65页哦TRpvg气体种类有关。与气体状态无关,仅与。气体常数,J/(kg.K)gRTmRpVgnRTpV 2、理想气体状态方程、理想气体状态方程n克拉贝龙状态方程克拉贝龙状态方程RTpVm1kg气体气体mkg气体气体n mol 气体气体1 mol 气体气体KmolJ 3143.8 RR无关。与气体种类和气体状态:摩尔气体常数MRRg于相对分子量)为摩尔质量,数值上等(M/molm104135.22330mmVV摩尔容积第20页,此课件共65页哦状态方程的应用状态
13、方程的应用 1 1 求解平衡状态下的某参数;求解平衡状态下的某参数;2 2 计算两平衡状态间某参数的变化量;计算两平衡状态间某参数的变化量;3 3 标准状态与任意状态间的换算;标准状态与任意状态间的换算;4 4 求气体体积膨胀系数。求气体体积膨胀系数。1)必须采用必须采用绝对压力绝对压力;2)必须使用必须使用热力学温度热力学温度【K】;3)各物理量各物理量必须单位统一必须单位统一。注意事项注意事项第21页,此课件共65页哦Rg与与R的区别的区别J/(kg.K)2871097.283143.83空气空气MRR R 通用气体常数通用气体常数(与气体种类无关与气体种类无关)Rg 气体常数气体常数(随
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