1第二章氣體的熱力性質2-1理想氣體與實際氣體2-2理想氣體比熱容2-3混合氣體的性質2-4實際氣體狀態方程2-5對比態定律與壓縮因子圖22-1理想氣體與實際氣體熱能與機械能的轉化效率熱力過程本身工質性質顯著的體積變化能力：氣態物質（氣體和蒸汽）實際氣態分子具有一定體積，不能忽略相互作用力

分子運動情形復雜、狀態參數間關系復雜

理想氣體模型3一、理想氣體的概念

1)氣體分子是彈性的、不占體積的；

2)分子間沒有作用力（引力和斥力）。理想氣體就是當氣體p0或v時的極限情形。實驗證明，當氣體壓力不太高，溫度不太低時，氣體性質接近理想氣體。例如：氧氣、氮氣、一氧化碳、空氣、燃氣等

注意：蒸氣動力裝置中的水蒸氣、氟利昂蒸氣和氨蒸氣離液態不遠，不能看作為理想氣體。

2-1理想氣體與實際氣體4二、理想氣體狀態方程式1)對1kg的氣體：2)對mkg的氣體：p為絕對壓力；R為氣體常數，J/(kgK)，其值僅與氣體種類有關而與氣體狀態無關。例如：空氣R=287J/(kgK)，氧氣R

=259.8J/(kgK)2-1理想氣體與實際氣體5三、摩爾質量、摩爾體積和摩爾氣體常數

實測得知在標準狀態（1atm、0C）時，1kmol任意氣體的體積為22.4m3。摩爾質量M：1kmol物質的質量，kg/kmol摩爾體積VM：1kmol物質的體積，VM=Mv

阿伏伽德羅定律：當溫度、壓力相同時，各種氣體的的摩爾體積都相等。通用氣體常數R0

：8314J/(kmolK)，與氣體種類和狀態無關與氣體種類無關，與狀態有關2-1理想氣體與實際氣體8.314J/(molK)6注意：1）理想氣體狀態方程的幾種形式不能混淆：對1kg氣體：對mkg的氣體：對1kmol的氣體：對nkmol的氣體：2）狀態方程中用絕對壓力和熱力學溫度代入；

3）兩個氣體常數的區別與聯系。2-1理想氣體與實際氣體7例2-1：某壓縮機每小時輸出3200m3、表壓力0.22MPa、溫度156℃的壓縮空氣。已知當地的大氣壓為765mmHg，空氣的摩爾質量為28.97kg/kmol，求輸出空氣的質量流量。解：輸出空氣的溫度為：T=156+273.15=429.15K

絕對壓力為：p

=0.22106+765133.3=0.322106Pa根據理想氣體狀態方程：82-2理想氣體比熱容一、熱容的概念定義：物體溫度升高1C(或1K)所需要的熱量，1)熱容的大小與物質的量有關：體積比熱容：1m3物質的熱容，J/(m3K)，質量比熱容：1kg物質的熱容，J/(kgK)，摩爾比熱容：1kmol物質的熱容，J/(kmolK)，Mc9定容比熱容：

定壓比熱容：

2-2理想氣體比熱容2)熱容的大小與熱量傳遞過程有關：熱力學中常見的熱量傳遞過程有定容過程和定壓過程，對應的比熱容為定容比熱容cv和定壓比熱容cp。兩種比熱容的關系：梅耶公式：僅適用于理想氣體！10比熱容比：注意：1)氣體的比熱容c通常隨溫度的升高而增大；2)對某種氣體而言，兩種比熱容之差是定值，但比熱容之比不是定值，隨溫度升高而減??；3)對不可壓縮流體和固體，熱膨脹性很小，可認為兩種比熱容相等。2-2理想氣體比熱容11二、利用比熱容計算熱量原理:

對c作不同的技術處理可得精度不同的熱量計算結果:

真實比熱容

平均比熱容定值比熱容2-2理想氣體比熱容121.真實比熱容理想氣體的熱容是溫度的單調遞增函數，工程上常根據實驗數據將熱容擬合成多項式的形式，稱為真實熱容。2-2理想氣體比熱容教材表2-3132.平均比熱容單位質量氣體從溫度t1升高到t2所吸收的熱量除以溫度變化所得的商稱為這一溫度范圍內的平均比熱容。

由于隨t1、t2的不同而不同，常選用參考溫度0C，給出。制表太繁瑣2-2理想氣體比熱容比較14說明：表中只能查到等平均比定壓熱容，其他溫度對應的平均比定壓熱容需線性插值得到。153.定值比熱容根據分子運動學說，理想氣體熱力學能按分子運動的自由度平均分配，與溫度呈線性關系：由此可見，理想氣體熱容與溫度無關，僅僅與分子運動的自由度有關，即與分子結構（原子數量）有關。這種熱容稱為定值熱容。說明：1)單原子分子極為吻合，雙原子分子大致相近，多原子分子相差較大。2)當溫度不太高時，才能將熱容看作不隨溫度變化的定值熱容。因此該方法僅適用于精度要求不高的場合，定性分析熱力學問題。2-2理想氣體比熱容例2-2：教材P26頁。162-3混合氣體的性質一.研究混合氣體的基本原則

▲若混合氣體的組元都處理想氣體狀態，則混合氣體也處理想氣體狀態；▲混合氣體可看作為某種假想氣體，其質量和分子數與組元的質量之和及分子數之和相同。也滿足理想氣體狀態方程和梅耶公式折合氣體常數折合摩爾質量17二.基本定律

1.道爾頓分壓力定律分壓力：當各組成氣體全部占有總體積V，且處于混合氣體溫度T時所具有的壓力，記做pi。＋2-3混合氣體的性質182.亞美格分體積定律分體積：當各組成氣體處于與混合氣體相同壓力p和溫度T時所占有的體積，記做Vi。注意：兩定律僅適用于理想氣體?。?-3混合氣體的性質19成分間的關系：思考：混合氣體中組元A、B的摩爾成分xA>xB，則一定有gA>gB嗎？2-3混合氣體的性質三.混合氣體的成分各組元的量占總量的百分數質量成分摩爾成分體積成分20四.折合摩爾質量和折合氣體常數

1.

折合摩爾質量2.折合氣體常數記住記住2-3混合氣體的性質21五.理想混合氣體的參數

總參數具有加和性，比參數具有加權性。1.總參數的加和性：Y包括總質量m、總摩爾數n、總體積V、總壓力p、總熱力學能U、總焓H、總熵S等。理解：可以認為理想混合氣體中，任一組元所處的狀態不受其他組元影響，與其單獨占有體積V、并處于溫度T、分壓力pi時的狀態一樣。注意：Yi對應的狀態！2-3混合氣體的性質222.比參數的加權性：理想混合氣體的比參數等于各組元在狀態（T,V）時對應比參數的加權平均（v除外）。根據比參數的單位，加權平均包括質量加權平均和摩爾數加權平均。2-3混合氣體的性質23例2-3：燃燒1kg重油產生煙氣20kg，其中mCO2=3.16kg，mO2=1.15kg，mH2O=1.24kg，其余均為N2，煙氣中的水蒸氣看作為理想氣體。試求：1）各組元的質量成分；2）煙氣的折合氣體常數和折合摩爾質量；3）摩爾成分。解：1）2）3）242-4實際氣體狀態方程一.范德瓦爾方程

1.方程的導出

1)考慮分子本身體積的修正：分子本身占有體積分子運動空間減小分子碰撞壁面頻率增加2)考慮分子間作用力的修正：分子間引力壁面壓力減小注意：a、b為正常數，與氣體種類有關；式(1)與式(3)中a、b的數值和單位均不同。252.方程的分析1)實驗數據：CO2定溫壓縮實驗一點：臨界點（pc、Tc、vc)

兩線：飽和液體線（下界限線）干飽和蒸氣線（上界限線）三區：液態區、濕蒸氣區和氣態區

臨界溫度Tc線（能否液化的分界線）2-4實際氣體狀態方程263)結論：在溫度較高時，范德瓦爾方程與實驗結果吻合較好，但在溫度較低時誤差較大。

當溫度大于Tc時，一個p值對應于一個v,與實驗數據吻合較好。當溫度為Tc時，有三個相等的v，與實驗數據基本吻合；當溫度低于Tc時，有3個不等的v，與實驗結果明顯不一致。2)方程曲線與方程的根：2-4實際氣體狀態方程273.方程中常數的確定

1)根據臨界參數確定：2)由實驗數據擬和得到：思考：哪種方法的精度較高？4.方程的意義

1)提出最早、形式簡單；

2)能定性反映氣體的p-v-T關系；

3)重大的理論意義。2-4實際氣體狀態方程28二、R-K方程：a,b為物性常數：1)由p，v，T實驗數據擬合得到；2)由臨界參數求?。涸诜兜峦郀柗匠袒A上，對壓力項進行修正，精度提高2-4實際氣體狀態方程29對理想氣體：

為分析理想氣體狀態方程用于實際氣體的偏差，定義壓縮因子z：z的物理意義：z>1難壓縮z<1可壓縮性大2-5對比態定律與壓縮因子圖一、壓縮因子注意：z與氣體狀態和種類有關！30二.對比態定律

1.對比參數：實際參數與臨界參數的比值，包括對比壓力、對比比體積和對比溫度。

將對比參數代入實際氣體狀態方程，并根據物性常數與臨界參數間的關系，消去方程的常數項，得到具有通用性的對比態方程式。范德瓦爾方程的對比態方程式：方程中不含物性常數2.對比態方程式：2-5對比態定律與壓縮因子圖313.對比態定律：滿足同一類狀態方程的兩種氣體的兩個狀態，如果對應的兩個對比參數相等，則另一個對比參數必然相等，即一種氣體的某個狀態對應于另一種氣體的某個狀態，有相似的熱力學性質。小結：

1)對比態定律的兩個要素：同一類狀態方程、兩個對比參數相等。

2)對比態定律的意義：借助資料充分氣體的熱力性質來估算其他氣體的性質。2-5對比態定律與壓縮因子圖32二.壓縮因子圖

如兩種氣體的zc相等，則根據對比態定律，當兩種氣體的狀態為對應態時，兩種氣體的壓縮因子相等。

下圖適用于zc0.27的氣體。

壓縮因子z隨氣體種類和狀態變化而變化，不同氣體的壓縮因子曲線z=f(p,T)不同，對資料缺乏的氣體，可采用通用壓縮因子圖。2-5對比態定律與壓縮因子圖33已知p、T，求va)查得pc,Tc；b)算得pr,Tr；c)查圖得到z；d)算得v。圖的使用：34例2-4：試利用通用壓縮因子圖計算CH4在p=9.279MPa和T=286.1K狀態下的千摩爾體積VM，并與實測值0.211