第二章气体的热力性质
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工程热力学-基本知识点————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:第一章基本概念1.基本概念热力系统:用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来,这种人为分隔的研究对象,称为热力系统,简称系统。
边界:分隔系统与外界的分界面,称为边界。
外界:边界以外与系统相互作用的物体,称为外界或环境。
闭口系统:没有物质穿过边界的系统称为闭口系统,也称控制质量。
开口系统:有物质流穿过边界的系统称为开口系统,又称控制体积,简称控制体,其界面称为控制界面。
绝热系统:系统与外界之间没有热量传递,称为绝热系统。
孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统。
单相系:系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系:由两个相以上组成的系统称为复相系,如固、液、气组成的三相系统。
单元系:由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系:由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系:成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系:成分和相在整个系统空间呈非均匀分布,称非均匀系。
热力状态:系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况,称为工质的热力状态,简称为状态。
平衡状态:系统在不受外界影响的条件下,如果宏观热力性质不随时间而变化,系统内外同时建立了热的和力的平衡,这时系统的状态称为热力平衡状态,简称为平衡状态。
状态参数:描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度(T)、压力(P)、比容(υ)或密度(ρ)、内能(u)、焓(h)、熵(s)、自由能(f)、自由焓(g)等。
基本状态参数:在工质的状态参数中,其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来,称为基本状态参数。
温度:是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量,其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律:如两个物体分别和第三个物体处于热平衡,则它们彼此之间也必然处于热平衡。
⽓体热⼒学性质第⼆章⽓体热⼒学性质第⼀节理想⽓体的性质⼀、理想⽓体:1、假设:①⽓体分⼦是弹性的、不占据体积的特点;②⽓体分⼦间没有相互作⽤⼒。
对于⽓体分⼦的体积相对⽓体⽐容很⼩,分⼦间作⽤⼒相对于⽓体压⼒也很⼩时,可作为理想⽓体处理。
2、状态⽅程理想⽓体在任⼀平衡状态时的压⼒P 、温度T 、⽐容v 之间的关系应满⾜状态⽅程,即克拉佩龙⽅程 Pv= RTmkg 质量⽓体为: Pv=mRT=m 0R TR ⽓体常数,反映⽓体特征的物理量,和⽓体所处状态⽆关;n 物质的量(千克数或摩尔数);0R 通⽤⽓体常数,与⽓体状态、其他性质⽆关的普适恒量;K Kmol J R R ?==/8314150µP V C C ,分别表⽰定压⽐容及定容⽐容,对于理想⽓体,他们仅是温度的单值函数,P V C C > 其 R C C P V =- ⽐值k C C P V =/(绝热指数)标准状态时(压⼒未101.325Kpa, 0℃)单原⼦⽓体 k=1.66?1.67双原⼦⽓体 k=1.40?1.41多原⼦⽓体 k=1.10?1.3此外 R k k C R R C C C k P V P V ?-=-=>=1,1,1/⼆、过程⽅程及过程功⽓体在压缩和膨胀过程中,状态的变化应符合动量守恒及转换定律,即内能、外功、热交换三者间应满⾜P d V dW dT C dU dW dU dq V ==+=,,其中压缩过程中的能量关系1、等温过程数字式:0==dT const T 即过程⽅程式:const PV = 过程功:2111121112ln ln ln P P V P V V V P V V RT W === 内能变化:012=-U U热交换:w q =等温过程的热交换q 和过程功w 值相等,且正负号相同,即⽓体加热进⾏等温膨胀时,加⼊的热量全部⽤于对外膨胀做功,⽓体被压缩时外界对⽓体所作的功全部转换为热量的形式排出。
高等工程热力学课后答案【篇一:工程热力学课后题答案】一篇工程热力学第一章基本概念1. 2. 3.指出下列各物理量中哪些是状态量,哪些是过程量:答:压力,温度,位能,热能,热量,功量,密度。
指出下列物理量中哪些是强度量:答:体积,速度,比体积,位能,热能,热量,功量,密度。
用水银差压计测量容器中气体的压力,为防止有毒的水银蒸汽产生,在水银柱上加一段水。
若水柱高200mm,水银柱高800mm,如图2-26所示。
已知大气压力为735mmhg,试求容器中气体的绝对压力为多少kpa?解:根据压力单位换算ph2o?200?9.80665?1.961?103?1.96.kpaphg?800?133.32?1.006?105pa?106.6kpap?pb?(ph2o?phg)?98.0?(1.961?106.6)?206.6kpa4.锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量,如图2-27所示。
若已知斜管倾角?使用??30?,压力计中?0.8g/cm3的煤油,斜管液体长度l?200mm,当地大气压力pb?0.1mpa,求烟p?l?gsin??200?0.8?9.81?0.5?784.8pa?784.8?10?6mpa气的绝对压力(用mpa表示)解:p?pb?pv?0.1?784.8?10?6?0.0992mpa5.一容器被刚性壁分成两部分,并在各部装有测压表计,如图2-28所示,其中c为压力表,读数为110kpa,b为真空表,读数为45kpa表示)。
若当地大气压pb?97kpa,求压力表a的读数(用kpapga?155kpa6. 试述按下列三种方式去系统时,系统与外界见换的能量形式是什么。
(1).取水为系统;(2).取电阻丝、容器和水为系统;(3).取图中虚线内空间为系统。
答案略。
7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量,起读数为13.4mpa;冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量,mmhg。
若大气压力为0.098mpa,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力其读数为706(用mpa表示)8.测得容器的真空度p1?0.024m7pa;p2?0.003m9papv?550mmhg,大气压力pb?0.098mpa,求容器内的绝对压力。
第二章气体的热力性质本章主要内容:•理想气体状态方程•理想气体比热容(specific heat)•混合气体的性质•实际气体状态方程•对比态定律和压缩因子图理想气体模型实际气体不是理想气体. 但是, 当实际气体¾p 很小, v 很大,¾温度不太低时, 处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体.2-1 理想气体与实际气体1 分子是弹性体2 分子间无作用力3 分子是不占体积的质点当实际气体p 很小, V 很大, T 不太低时, 即处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体。
哪些气体可当作理想气体T >常温,p <7MPa 的双原子分子理想气体O 2, N 2,Air,CO,H 2三原子分子(H 2O , CO 2)一般不能当作理想气体;特殊地,如空调的湿空气,高温烟气的CO 2,可以工程热力学的两大类工质1、理想气体(ideal gas )可用简单的式子描述;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2、实际气体(real gas )不能用简单的式子描述,真实工质;火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等二、理想气体状态方程(Clapeyron 方程)1 kg : pv RT =mRTpV m = : kg V :n Kmol气体容积m 3;V :质量为m kg 气体所占的容积;P :绝对压力Pa ;v :比容m 3/kg ;T :热力学温度K状态方程V M :摩尔容积m 3/kmol ;R 0:通用气体常数,J/kmol·K ;T R pV 0m =:kmol 1TnR pV n 0=:kmolR 0与R 的区别R 0——通用气体常数(与气体种类无关) R ——气体常数(随气体种类变化)M -----摩尔质量例如摩尔容积阿弗加德罗定律:相同p 、相同T 下,各理想气体的摩尔容积相同.标准状况,P o =1013.25Pa=1atm T o =273.15KV mo =22.4m 3/kmol状态方程的应用¾1求平衡态下的参数¾2 两平衡状态间参数的计算¾3 标准状态与任意状态或密度间的换算¾4 求气体体积膨胀系数2-2 比热容(specific heat)一、定义: 单位物量的物质升高或降低1K 所需的热量C : 质量比热容,kJ/kg K 或kJ/kg ℃Mc:摩尔比热容,kJ/kmolK 或kJ/kmol ℃C ’: 容积比热容, kJ/Nm 3K 或kJ/Nm 3℃dTq C δ=二、定容比热和定压比热1、定容比热:在定容情况下,单位物量的物体,温度变化1K (1℃)所吸收或放出的热量,称为该物体的定容比热。
第二章气体的热力性质思考题2-1 容器内盛有一定量的理想气体,如果将气体放出一部分后达到了新的平衡状态,问放气前、后两个平衡状态之间参数能否按状态方程表示为下列形式:(a )222111T v P T v P = (b )222111T V P T V P = 答:放气前、后两个平衡状态之间参数能按方程式(a )形式描述,不能用方程式(b )描述,因为容器中所盛有一定量的理想气体当将气体放出一部分后,其前、后质量发生了变化,根据1111RT m v p =,2222RT m v p =,而21m m ≠可证。
2-3 一氧气瓶内装有氧气,瓶上装有压力表,若氧气瓶内的容积为已知,能否算出氧气的质量。
答:能算出氧气的质量。
因为氧气是理想气体,满足理想气体状态方程式mRT PV =。
根据瓶上压力表的读数和当地大气压力,可算出氧气的绝对压力P ,氧气瓶的温度即为大气的温度;氧气的气体常数为已知;所以根据理想气体状态方程式,即可求得氧气瓶内氧气的质量。
2-4 夏天,自行车在被晒得很热的马路上行驶时,为何容易引起轮胎爆破?答:夏天自行车在被晒得很热的马路上行驶时,轮胎内的气体(空气)被加热,温度升高,而轮胎的体积几乎不变,所以气体容积保持不变,轮胎内气体的质量为定值,其可视为理想气体,根据理想气体状态方程式mRT PV =可知,轮胎内气体的压力升高,即气体作用在轮胎上的力增加,故轮胎就容易爆破。
2-5 气瓶的体积为5L ,内有压力为101325Pa 的氧气,现用抽气体积为0.1L 的抽气筒进行抽气。
由于抽气过程十分缓慢,可认为气体温度始终不变。
为了使其压力减少一半,甲认为要抽25次,他的理由是抽25次后可抽走25×0.1L=2.5L 氧气,容器内还剩下一半的氧气,因而压力就可减少一半;但乙认为要抽50次,抽走50×=5.0L 氧气,相当于使其体积增大一倍,压力就可减少一半。
你认为谁对? 为什么? 到底应该抽多少次?答:甲和乙的看法都是错误的。