4气体与蒸汽的热力过程
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第四章 理想气体的热力过程概 述热能⇔机械能的相互转化是靠工质在热力设备中吸热、膨胀、压缩等状态变化的过程来实现的,这个状态变化的过程就是热力过程,那么,在前面第一章研究的平衡状态,第二章研究理想气体的性质以及第三章研究分析开、闭口系热力状态变化的工具——热力学第一定律都是为这一章打基础。
前面第三章已提到过相同的工质在相同的温度下,不同的热力过程,能量转化的状况是不同的。
P V q q >,00v p w w ==膨技,,因此工程上实际过程多种多样、复杂、多变,不是可逆过程,据传递能量的工质不一不可能一一加以研究,何况逐个研究不总结规律性的知识用途也不大。
因此,我们仍采用热力学常用的方法,对复杂多样的热力过程进行合理化的假设。
认为是理想气体的可逆过程,这就是我们下面要研究的理想气体○V ○P ○T ○S 。
○P :例如各种环热设备,工质一面流动一面被加热,流动中克服阻力的压力降与其压力相比小很多,故认为压力不变。
○V :汽油机工作时,火花塞一点火,气缸内已被压缩的可燃混合气即燃烧,在一瞬间烧完,这期间气缸与外界无质量交换,活塞移动极微,可近似定容过程。
○T :如往复式压气机,气体在气缸中被压缩时温度升高,为了省功气缸周围有冷却水套,若冷却效果好,气缸中温度几乎不变,可近似定温过程。
○S :例气缸中燃烧产物在气缸中膨胀对外作功过程,由于工质与外界交换的热量很少可略去不计,认为是定熵过程。
上述过程实际上是略去次要因素后的一个等同特征,就是过程中有一个状态参数不变,对理想气体()u f t = ()h f t =这研究起来就方便很多,而且只有实际意义。
4—1 研究热力过程的目的及方法一. 目的1.实现预期的能量转化,合理安排热力过程,从而来提高功力装置的热经济性。
2.对确定的过程,也可预计热→功之多少。
二.解决的问题1.根据过程特点,寻找过程方程式 2.分析状态参数在过程中的变化规律3.确定热功转化的数量关系,及过程中,,u h s ∆∆∆的变化 4.在P —V ,T —S 图上直观地表示。
第四章气体和蒸汽的基本热力过程4.1试以理想气体的定温过程为例,归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。
答:主要解决的问题及方法:(1) 根据过程特点(及状态方程)——确定过程方程 (2) 根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系 (3) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ∆∆∆(4) 分析能量转换关系(P —V 图及T —S 图)(根据需要可以定性也可以定量) 例:1)过程方程式:T =常数(特征)PV =常数(方程) 2)始、终状态参数之间的关系:12p p =21v v 3)计算各量:u ∆=0、h ∆=0、s ∆=21p RInp -=21v RIn v 4)P ?V 图,T ?S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况4.2对于理想气体的任何一种过程,下列两组公式是否都适用答:不是都适用。
第一组公式适用于任何一种过程。
第二组公式21()v q u c t t =∆=-适于定容过程,21()p q h c t t =∆=-适用于定压过程。
4.3在定容过程和定压过程中,气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。
定温过程气体的温度不变,在定温过程中是否需对气体加入热量?如果加入的话应如何计算? 答:定温过程对气体应加入的热量4.4过程热量q 和过程功w 都是过程量,都和过程的途径有关。
由理想气体可逆定温过程热量公式2111v q p v Inv =可知,故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了,q 的数值也确定了,是否q 与途径无关? 答:对于一个定温过程,过程途径就已经确定了。
所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。
4.5在闭口热力系的定容过程中,外界对系统施以搅拌功w δ,问这v Q mc dT δ=是否成立? 答:成立。
这可以由热力学第一定律知,由于是定容过2211v v dvw pdv pvpvIn RTIn v v v ====⎰⎰为零。
第一章基本概念与定义1。
闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答:不一定.稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定.2.有人认为,开口系统中系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。
对不对,为什么?答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是他们的本质区别.平衡状态并非稳定状态之必要条件.物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4。
倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >,b e p p p =-()e p p <中,当地大气压是否必定是环境大气压?答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变.当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么?答:选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。
有两个系统分别和第三个系统处于热平衡,则两个系统彼此必然处于热平衡。
6.经验温标的缺点是什么?为什么?答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准.由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7。
促使系统状态变化的原因是什么?举例说明答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。
热力学中的理想气体的热力学过程热力学是研究能量转换和传递规律的科学,而理想气体是热力学过程中用于简化计算的模型。
理想气体的热力学过程是指在理想气体系统中发生的能量转换和传递的过程,其中包括等温过程、绝热过程、等容过程和等压过程。
本文将分别介绍这四种典型的热力学过程。
一、等温过程等温过程指的是在恒温条件下进行的热力学过程。
在理想气体系统中,等温过程的特点是系统的温度保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT(其中P为压强,V为体积,n为物质的物质的量,R为气体常数,T为温度),在等温过程中,当气体体积增大时,压强会相应减小;当气体体积减小时,压强会相应增大。
等温过程的图像为等温曲线,即在PV图上呈现为一条横线。
等温过程中,系统吸收的热量与其对外界做的功相等。
二、绝热过程绝热过程指的是在不与外界交换热量的情况下进行的热力学过程。
在理想气体系统中,绝热过程的特点是系统的熵保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT,绝热过程中,当气体体积增大时,压强会相应减小;当气体体积减小时,压强会相应增大。
绝热过程的图像为绝热曲线,即在PV图上呈现为一条斜线。
绝热过程中,系统对外界做的功等于其内能的变化。
三、等容过程等容过程指的是在体积保持不变的情况下进行的热力学过程。
在理想气体系统中,等容过程的特点是系统的体积保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT,等容过程中,当气体温度增大时,压强会相应增大;当气体温度减小时,压强会相应减小。
等容过程的图像为等容曲线,即在PV图上呈现为一条垂直线。
等容过程中,系统吸收的热量全部用于增加其内能。
四、等压过程等压过程指的是在压强保持不变的情况下进行的热力学过程。
在理想气体系统中,等压过程的特点是系统的压强保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT,等压过程中,当气体体积增大时,温度会相应增大;当气体体积减小时,温度会相应减小。
等压过程的图像为等压曲线,即在PV图上呈现为一条直线。