《工程热力学》课程教学资源（PPT课件）第三章 气体和蒸气的性质 Properties of gas and vapor（1/2）

第三章气体和蒸气的性质Properties of gas and vapor13-1理想气体11.E13-2理想气体的比热容113-3理想气体的热力学能、烩和炳3-4饱和状态、饱和温度和饱和压力3-5水的定压加热汽化过程3-6水和水蒸气状态参数3-7水蒸气图表和图111拉

1 第三章 气体和蒸气的性质 Properties of gas and vapor 3-1 理想气体 3-2 理想气体的比热容 3-3 理想气体的热力学能、焓和熵 3-4 饱和状态、饱和温度和饱和压力 3-5 水的定压加热汽化过程 3-6 水和水蒸气状态参数 3-7 水蒸气图表和图

花S3-1理想气体的概念/理想气体与实际气体>理想气体指分子间没有相互作用力、分子不具有体积的弹性质点的假想气体。71理想气体是实际气体p一>0的极限情况。实际气体是真实气体，在工程使用范围内离液态较近，分子间作用力及分子本身体积不可忽略，热力性质复杂，工程香计算主要靠图表

§3－1 理想气体的概念 ➢理想气体指分子间没有相互作用力、分 子不具有体积的弹性质点的假想气体。 ➢理想气体是实际气体p→0的极限情况。 ➢实际气体是真实气体，在工程使用范围 内离液态较近，分子间作用力及分子本 身体积不可忽略，热力性质复杂，工程 计算主要靠图表。 ✓理想气体与实际气体

提出理想气体概念的意义7简化了物理模型，不仅可以定性分析气体某些热现象，而且可定量导出状态参数间存在的简单函数关系。在常温、常压下Hz、O2、N2、CO2、CO、He及空V气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理，误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具有重要的实用意义。-

✓提出理想气体概念的意义 ➢ 简化了物理模型，不仅可以定性分析气体某些热现 象，而且可定量导出状态参数间存在的简单函数关 系。 ➢ 在常温、常压下H2、O2、N2、CO2、CO、He及空 气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理，误差不 超过百分之几。因此理想气体的提出具有重要的实 用意义

理想气体是一种抽象模型所有气体在压力很高时都不能简化为理想气体？气体只有在压力很低，比体积很大、温度不是很低时才可作为理想气体，当然压力的高低也是一个相对的概念，通常遇到的一些气体，如空气、氧气等在2MPa以下室温附近均可作为理想气体，而水蒸汽仅在湿空气中（此时其分压力仅几kPa）才可以作为理想气体

▪ 理想气体是一种抽象模型，所有气体在压力 很高时都不能简化为理想气体？ 气体只有在压力很低，比体积很大、温度 不是很低时才可作为理想气体，当然压力 的高低也是一个相对的概念，通常遇到的 一些气体，如空气、氧气等在2MPa以下室 温附近均可作为理想气体，而水蒸汽仅在 湿空气中（此时其分压力仅几kPa）才可以 作为理想气体

S3一2理想气体状态方程式√理想气体的状态方程式2mc依据分子运动论，气体的压力：Nb32压力还可以根据能量分布原理p = NkT写成：2mc上式同乘以NNvkTpv比体积v，32福1分子质量：N一一单位体积中的分子数m醉c2一一分子速率的平方平均值;k---波尔兹曼常数k=1.38X 10-23J/K

▪ 依据分子运动论，气体的压力： §3－2 理想气体状态方程式 ✓理想气体的状态方程式 p NkT = 上式同乘以 比体积v， ' 2 2 3 2 m c pv Nv NvkT = = 压力还可以根据能量分布原理， 写成： ' 2 2 3 2 m c p N = m’——分子质量；N——单位体积中的分子数 ——分子速率的平方平均值; k-波尔兹曼常数， k=1.38×10-23J/K 2 c

吉群早在分子运动学说系统化之前，许多物理学家已对建立气体的状态变化作了大量的观察和实验研究了一系列的实验定律。克拉贝龙根据前人的大量实验，提出了克拉贝龙(Clapeyron）方程：pV=R.T 或 pV=mR.Tgg一一R.为气体常数（单位J/kg·K），与气体所处的福状态无关，随气体的种类不同而异。R. = kNv福g

pv = Rg T 或 pV = mRg T Rg为气体常数（单位J/kg·K），与气体所处的 状态无关，随气体的种类不同而异。 早在分子运动学说系统化之前，许多物理学家已对 气体的状态变化作了大量的观察和实验研究，建立 了一系列的实验定律。 克拉贝龙根据前人的大量实验，提出了克拉贝龙 (Clapeyron)方程： R kNv g =

比较下面三种气体的气体常数J/kg·K4124.0氢水蒸气461.5J/kgKJ/kg-K氮气296.8气体常数之所以随气体种类不同而不同，一一是因为在同温、同压下，不同气体的比容福不同。Tu

比较下面三种气体的气体常数 ▪ 氢 ▪ 水蒸气 ▪ 氮气 4124.0 461.5 296.8 J/kg·K J/kg·K J/kg·K 气体常数之所以随气体种类不同而不同， 是因为在同温、同压下，不同气体的比容 不同

√通用气体常数文（也叫摩尔气体常数）R如果单位物量不用质量而用摩尔，则由阿伏伽德罗定律可知，在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的，因此得到通用气体常数R表示的状态方程式：或pVm = RTpV=nRTm一一11111福通用气体常数不仅与气体状态无关，与气体的种类也无关R=8.314J/(mol·K)1

✓通用气体常数 （也叫摩尔气体常数）R pVm = RT 或 pV = nRT R = 8.314J /(molK) 通用气体常数不仅与气体状态无关，与 气体的种类也无关 如果单位物量不用质量而用摩尔，则由阿伏伽德罗定 律可知，在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同 的，因此得到通用气体常数 R 表示的状态方程式：

1M气体常数与通用气体常数的关系1mRTpV ± nRT 111M11= mR.TpV:g11R或R= MRR一一ggM11福1111M为气体的摩尔质量S111111-1

➢ 气体常数与通用气体常数的关系：      = = = pV mR T RT M m pV nRT g  M 为气体的摩尔质量 g R MRg M R R = 或 =

不同物量下理想气体的状态方程式1 kg理想气体pV= R.T?81mkg理想气体pV =mR.Tg1 mol理想气体pVm = RTmn mol理想气体= nRTpV一一1注意单位的统一！酒1-11

✓ 不同物量下理想气体的状态方程式 pV nRT pV RT pV mR T pv R T m g g = = = = m kg 理想气体 1 kg 理想气体 n mol 理想气体 1 mol 理想气体