工程热力学 教案 第二讲.docVIP

｛复习提问｝ ｛导入新课｝ 第三节 平衡状态及状态方程 用状态参数描述系统状态特性，只有在平衡状态下才有可能，否则系统各部分状态不同就不可能用确定的参数值描述整个系统的特性，平衡的概念是工程热力学的基本概念。 满足什么条件时系统才能达到平衡呢？ 温差————热不平衡势 压差————力不平衡势 化学反应————化学不平衡势 一个热力系，当其内部无不平衡的力，且作用在边界上的力和外力平衡，则该热力系处于力平衡；当热力系内各点温度均匀一致且等于外界温度时，则该热力系处于热平衡。热力系要达到平衡状态，必须满足力平衡和热平衡这两个条件。如热力系内还存在化学反应，则尚应包括化学平衡。可见，处于平衡状态的热力系其内部各处都是相同的状态，并且不会发生变化，因而可用确定的状态参数加以描述。 【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变化，系统内外同时建立了热和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称平衡状态。 区别：稳定和平衡 稳定 =×=》平衡 平衡 ====》稳定 【状态方程】 定义：表示状态参数之间关系的方程式称为状态方程式 。 描述热力状态的各状态参数往往互有联系，可用状态方程式来表示。 对于气态工质组成的简单热力系，只需两个独立的状态参数就可确定其平衡状态。 P = f1（v，T） V = f2（p，T） T = f3（p，v） 热力状态坐标图：由任意两个独立的状态参数构成的平面坐标图 。 在以两个独立状态参数为坐标的平面坐标图上，每一点都代表一个平衡状态。 如: p-v图 2 2 1 V1 V2 P2 P1 0 P V 第四节 理想气体状态方程 一、理想气体与实际气体 理想气体——是一种经过科学抽象的假想气体模型。 假设：①气体分子是一些弹性的质点，分子体积与气体的总体积相比可以忽略不计； ②分子相互之间没有作用力（引力和斥力）。 实际气体——气体所处的压力很高，温度很低，或者是刚刚脱离液态，此时它具有很高的密度，以至于分子本身的体积和分子之间的相互作用力均不能忽略的气体。 例如，锅炉中产生的水蒸气，制冷剂蒸气，石油气等都属于实际气体。 理想气体是实际存在的气体当p→0，ρ→0时的极限气体模型。 比如空气，烟气中的水蒸气，因其含量少，比体积大，均可当理想气体看待。 二、 理想气体状态方程（克拉贝龙方程） 理想气体的三个基本状态参数之间存在的一定的函数关系。 当理想气体处于任一平衡状态时，三个基本状态参数之间满足: pv = RT Rg ??气体常数，单位为J/(kg·K)，其数值取决于气体的种类，与气体状态无关。 对于质量为mkg 的理想气体，有 pV = mRT 【补充知识点】 物质的量：n ，单位： mol（摩尔）。 物质的量是表示物质所含微粒数(N)（如：分子，原子等）与 阿伏加德罗常数(NA)之比,即n=N/NA。它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起来的一种物理量。 阿伏加德罗常数：0.012kg12C中所含的原子数目。阿伏加德罗常数的符号为NA。阿伏加德罗常数的近似值为：6.023×10/mol。1mol 任何物质所含的粒子数均为阿伏加德罗常数个。 摩尔质量： M ，1 mol物质的质量，kg/mol。 定义：单位物质的量的物质所具有的质量(1mol物质的质量）叫 摩尔质量，即1mol该物质所具有的质量与摩尔质量的数值等同。 物质的量（n）、质量（m）、摩尔质量（M）之间的关系为：n=m/M 1kmol物质的质量在数值上等于该物质的相对分子质量。 摩尔体积： Vm ，1 mol物质的体积， m/mol。 ∵ pv = RT ∴ pV= MRT 若令R=MRg ， n = ， 则有 pV = nRT R??摩尔气体常数（又称为通用气体常数), J/(mol×K)。 根据阿佛伽德罗定律，同温、同压下任何气体的摩尔体积Vm 都相等，所以任何气体的摩尔气体常数R 都等于常数，并且与气体所处的具体状态无关。 已知在物理标准状态(压力为101325Pa，温度为273.15K)下，1kmol任何气体所占有的体积为22.41410 m。故有 R=8.314〔J/(mol·K) 例4-1 氧气瓶内装有氧气，其体积为0.025m3，压力表读数为0.5MPa，若环境温度为20℃，当地的大气压力为0.1 MPa，求：（1）氧气的比体积；（2 解：（1）瓶中氧气的绝对压力为 p=（0.5+0.1）′106=0.6′106（Pa） 气体的热力学温度为 T=273.15+20=2