忽略气体分子间相互作用力和分子本身体积影响,把气 体看做是仅具有质量的弹性质点。
理想气体在自然界并不存在，但工程上所应用的多种气体 所处的状态非常接近理想气体，如压缩空气、内燃机的燃 气、氧气、氮气、二氧化碳等在通常使用的压力和温度范 围等都可视为理想气体。 一般来说，同一种气体，当它的温度越高、压力越低时 就越接近理想气体。即气体处于远离液态的稀薄状态， 很难液化时可视为理想气体
讨论：
在求 c p
380 0 C 0 C
0
时，用到线性插值公式。线性插值公式不但
在求平均比热容时要用，而且在今后得工程用表都要用到，如 水蒸气热力性质表等，故必须掌握。
1
q1 q1 ' 178.6 163.7 8% q1 178.6
q2 q2 ' 557.8 472.8 2 15% q2 557.8
3000 C 00 C
9000 C
0.950kJ /(kg K )
cp
4000 C 0 C
0
0.965kJ /(kg K ) c p 00 C 1.026kJ /(kg K )
则可计算得
每千克氧气从200℃定压加热至380℃所吸收的热量为：
q1 c p 380 c p 200 0 0 0.962 380 0.935 200 178.6kJ / kg
二、理想气体的状态方程
1 kg :
注意:
统一单位
pv RT
P：绝对压力Pa ； v：比容m3/kg； ：热力学温度K ； pV T mRT R ： 1kg气体的气体常数 J/(kg· K) 随气体种类变化，与状态无关
mkg : pmv mRT
1 kmol :
Mkg/kmol
pMv MRT
三、理想混合气体的分数（成分：三种表示方法） 已知理想混合气体由n种理想气体组成， 其中任一种组成气体的质量为mi ，分体积为 Vi，千摩尔数为ni(i=1,2,…,n)，则理想混合气 体的分数分别为 1、质量分数 混合气体总质量
m
m
i 1
n
i
mi i m
某组元气体的质量 混合气体总质量
第三章
学习目标：
理想气体的性质
•掌握理想气体状态方程的各种表达形式， 并
熟练应用理想气体状态方程进行各种热力计算
•掌握理想气体比热、平均比热的概念和比热
的影响因素及利用各种比热计算热量的方法 •掌握理想混合气体分压力、分体积的概念。 了解理想混合气体的组成表示及相互之间 的换算、折合分子量、比热容的计算
2、热力学能 理想混合气体的热力学能为各组成气体热力学 n U 能之和 u u
m

i 1
i i
理想混合气体的焓
比焓 理想混合气体的熵 比熵
H H i mi hi
i 1 i 1
n
n
n H h i hi m i 1
S S i' mi si
工程热力学的两大类工质
•理想气体（ ideal gas）
其状态方程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。
•实际气体（ real gas） 其状态方程不能用简单的式子描述，真实工质。 如：火力发电中的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质
第一节
理想气体定义：
理想气体的概念
•影响比热的因素
物质的性质
气体比热
所处状态
实际气体：c f (t , p) 理想气体：c f (t )
定压比热 CP 定容比热 CV
加热过程
三、理想气体热量的计算
1、按真实比热计算 2、按平均比热计算 3、按定值比热计算
1、按真实比热计算热量
真实比热：对应于某一温度t的比热值。
c
q
p T V
p T V p T V p T V
partial volume
分容积Vi
阿密盖特分容积定律
pV nRMT pVi ni RMT
V V1 V2 V3 Vn Vi i 1 T , P
n
混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和
一、理想气体的实验定律 •波义耳-马略特定律：
p1v1 p 2v 2
T 2 v 2 •盖 · 吕萨克定律： 一定质量的理性气体，绝对温度 T不变， 绝对压力 p 和体积 V 成正比。 T1 v 一定质量的理想气体，绝对压力 p1 不变，
•查理定律 绝对温度T与体积V成正比。 p2 T2 一定质量的气体，体积V不变，绝 p1 T 1 对压力p和绝对温度T成正比。
二、比热容 Specific Heats c
q
dt
•定义: 单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量 •分类：
kJ
c : 质量比热容
CM: 摩尔比热容 C : 容积比热容
＇
kJ
kg K
kg C
o
kJ
kJ
kmol K
Nm K
3
′
kJ
kmol o C
kJ
Nm3 o C
CM=M· c=22.414C
所以，在温度变化范围大，尤其是涉及较高温度时，用定 值比热容计算所得结果误差较大。
第四节
混合气体的性质
无化学反应的理想气体混合物 例：锅炉烟气 CO2, CO, H2O, N2 燃气轮机中的燃气 空调工程中的湿空气 水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体 水蒸气含量可变化，单独研究
一、分压力
维持混合气体的温度和容积不变时，各组成气 体所具有的压力 pi
0
t2 t
•曲线关系平均比热
c (cp ,cv)
c=f (t)
q c t c t
t2 m0 2
t1 m0 1
c c
t2 m0 t1 m0
•直线关系平均比热
c
2 m1
Hale Waihona Puke c2 cm1t1
B
t2
t
b a t 2
2 m1
t t1 t2
A
q c (t2 t1 )
0
t1
t2
t
3、按定值比热计算热量
1.67
1.4
1.29
例2：试 计 算 每 千 克 氧 气 从 200℃ 定 压 加 热 至 380℃和从380℃定压加热至900℃所吸收 的热量。 （1）按平均比热容计算； （2）按定值比热容计算。
解 （1）从附表中查得氧气如下平均比热容的值：
cp
2000 C 0 C
0
0.935kJ /(kg K ) c p
C p ,m
7 RM kJ /(kmol K ) 2
可计算得氧气定压下的定值质量比热容
7 C p,m 2 8.314 cp 0.9093 kJ /(kg K ) 32 32
则
q1 ' c p t 0.9093 (380 200) 163.7kJ / kg q2 ' c p t 0.9093 (900 380) 472.8kJ / kg
1
i
2、体积分数
Vi i V
n
某组元气体的容积 混合气体总容积
由 V1 V2 Vn Vi V

i 1
i
1
pVi piV
由状态方程有
Vi pi p i p V pi i p
3、摩尔分数 混合气体总摩尔数
n ni
四、平均摩尔质量M和折合气体常数R 设混合气体的平均摩尔质量为M，摩尔数为n， m nM 则混合气体质量 1.平均摩尔质量为M
m mi ni M i M xi M i n n n m M kg / kmol n
2、质量成分与混合物气体常数
pV mi RT i i
q c(t 2 t1)
定值比热：凡分子中原子数目相同因而其运动 自由度也相同的气体，它们的摩尔比热值都 相等，称为定值比热 单原子 双原子 多原子
CM,v
[J/kmol.K]
CM,p
[J/kmol.K]
k
cp cv
3 RM 2 5 RM 2
5 RM 2 7 RM 2
7 RM 2
9 RM 2
p 2 m2 p1 m1
p2 1.6 m2 m1 73.7 38 kg p1 3.1
• 用去的空气质量为
m1 m2 73.7 38 35.7 kg
第三节 理想气体的比热容
计算内能, 焓, 热量都要用到比热容
1、热容：
•定义：系统温度升高（降低）1K所吸收（放 出）的热量。（KJ/K） •影响因素： ②物质的量 ①物质的性质 ③加热过程的特征 ④所处的状态
p1V 3.1 106 2 m1 73.7 kg RT 287 293.15
（2）pg2=1.5 MPa，设pb=0.1 MPa，则
p2 pg 2 pb 1.6 MPa 1.6 10 Pa
6
设罐内剩下的空气质量为m2kg • 由于空气的容积和温度相同， • 据p1V=m1RT， p2V=m2RT得
求罐内空气的质量。要保证柴油机启动空气压力不低于1.5 MP 问用去多少空气后需要再充气。
解:(1)
pg1=3MPa，设pb=0.1 MPa，则
p1 pg1 pb 3.1MPa=3.110 Pa
6
t=20℃， V=2 m3
T t° C 273.15 293.15 K
R 8 314 287 J/(kg K) 28.97
i
pV m RT pV pV mRT