由此得 即某组成气体的分压力,等于混合气体的总小力与该继成气体容秋成分的乘惧 将r,g.代入式239)得 式(2-:)是根据组成气体的质量成分确定分压力的关疔式 六、混合气体的比热 混合气体的比热与它的组成气体有关。混合气体温度升高所密的热量,」吝!ˉ 体相同温升所热量之科。由此可以得出混合气体比热的计算公式 若各组成气体刑质量比热分别为c 质量成分分别为g1、… 则混合气体质量比热为 同理可得混合气体的容积比热: 将混合气体的质量比热乘以混合气体的摩尔质量M即得摩尔比热:也可根据各组成 体的摩尔成分及摩尔比热求混合气体的摩尔比热,即 【例2-5】混合气体中,各组成气体的容积成分为r ts灬7混合气体的总压力p-8.(i6kP.求混合气体的折分子量、体浩数各 成气体的分压力 【解】M-、r,M-0.12×4411.06×32+0.7×28+0.07×1820.46 R 28:.2!/(kg·K) p=0.12~98.0651.768kP B.=mp=0.06×98.066=5,884kPa p=-0.73x98.066=73.549kP 【例26】混合气体的相对质量成分为空气g1=95%,煤气42=5%已知空气的气体 常数R1=287J/(kg·K),煤气的气体常数R2=10/(kgK)。试求混合气体的气体常数、 相对容积成分和标准状态下的密度。 gR;=0.95入287÷().05×400-292.J/(kgK B 8:14 R292
287 71=g.·=0.9529.÷=932% R r2=g _M28.4 22.422.手 =1.268kgm 思考题 2-1容器内盛有一定质量的理想气体,如果将气体放出一部分后恢复了新的平衡状态,问放气前A 两个平衡状态之间参数能否按状态方程表示为下列形式 22检查下面计算方法有哪些错误?应如何改正 已知某压缩空气储罐容积为90L,充气前罐內空气温度为3℃,压力为0.sMPa;充气屙罐内∵气温 度为50C,压力表读值为2MPa。充入储气罐的空气质量为: g 2-3气体的摩尔容积Vw是否与气体的种类有关?是否因所处状态不同而变化? 4采用真实比热和平均比热计算热量是否一样准确? 2-5理想气体的←与c都随温度而变,那么它的差值(x"s)是古也随漏度而变化?而比热比x 则又如何? 2-6平衡吋混合气体中各组戎气体具有的温度和压力是否相l? 27混合气体中质量成分较大的组成气体,其摩尔成分是否也一定较人 21求p=0.5MPa,t=170C时,2的比容和密度 22已知N2的M=28,求(2)N的气体常数;(2)标准状态下N的比容和密度;(3:p-∷MPa t=50(时的摩尔容积M。 2-3把CO2压送到容积3m3的储气罐早,起始表力30kPa终了表力g=,P温度 由t1=45C增加到2=70(,试求被压入的(O2的质量,当地大气压力B=101.325kP 2-用压缩空气开动内燃机时,储气罐内空气的力从6MPa降至:MP、储气罐的容积为.:n 气温度为2?C:试确定开动内燃机所消耗的空气量 25当外界为标准状态时,一鼓风机每小时可送3m的空气,如外界的温度增高到: 力降低至99.3kPa,而鼓风机每小时的送风量仍为3(m3,问鼓风机送风量的质量改变多少 6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为 力为u.IMPn的空气3::,充人容积.on的储 气罐内。设开贻时罐内的度和压力与外界相同,问在多长时间内穸气压缩机才能将气罐内的表压力提高 到0.7MPn?设允气过程中气罐力温度始终保持不变。 2-7鼓风机向锅炉炉输送的空气,在t30(,p=15.2kPa1时流量为1,02×10m3h,锅炉房 气压力B11kPa,求鼓风机每小时输送的标准状态风量 28在·直径为40mm的活寒上置有质量为3kg的物体,气缸中空气的温度为18t,质量为 2.12kg.加热后其容积增大为原来的两倍(=2F1)大气压力B=11kPa,问:(1)气缸中窄气的终温 是多少?(2)终态的比容是多少?(3)初态与终态的密度各是多少?
2-9压力为13.7Ma,温度为27〔的氮气被存住(5m'的钢瓶中,钢瓶被·易熔騫保垆防止超 压(即淵升超过允许温度,易熔塞熔化使气体泄出:,问::1)钢瓶中容纳多少千克氮:(2〉当啦于集订 超过最高压力16.5MPa时,易熔塞将熔化,求此比的化温度。殴气体为理想气体。 0一容器中盛有0.sMP、3(的ˉ氧化碳气体kg。容有未被发现的漏洞,梡全:打降至 0.36Ma时才被发现,这时的温度为划(。试计算漏掉的氡化骗质量 2-1在煤气表上得煤气消耗量为683.7m’.省车煤消耗期间滐气表压力的平均值为;.「, 度均值为17C当地大气压力为B1C.1k,江计算: (1)消耗了多少标准立方米的煤气? 2)若煤气表读值及压力表读值不变,而煤气温度达到30℃,消耗煤气量多少标准立方关 2-12锅炉空气预热器在定压下将空气由h1=25C加热到t2=250C:空气流量在标准状念下 350m3/h。求每小时加给空气的热量。(1)按平均比热表计算;(2)按真实比热经验公式计算;t3)按定 比热计算。 2-13氧气在容积为0.5m2的刚性密闭容器中从20(被加热到640(,设加热前的压力为6kP5.求 加热所需的热量。(1)按比热为定值进行计算;(2)按真实比热进行计算;(3)按平均比热进行计算 2-14如果忽略空气中的稀有气体,则可认为其质量成分为gω。23.2%,gx,=76.8%.试求空气的 折合分子量、气体常数容积成分及在标准状态下的比容和密度 2-15已知天然气的容积成分.=97%,=0.6%,,=0,18%,F1=0.18 0.2%,rN。=1.83%试求 (1)天然气在标准状态下的密度; (2)各组成气体在标准状态下的分压力
第三章热力学第一定律 无数实践证明:能量既不能被创造.也不能被消天,它只能从一种形式转换成力·种 形式,或从一个系统转移到屴一个系统、而其总量保持恒定,这…自然界普遍规律称为能 量守恒与转换定律。把这定律应用于伴有热现象的能量最转换和转移过程,即为热力学第 定律.根据该定律可以断定,不消耗能量而连续作功的所渭第类型永动机是不可能实 工程热力学中,热力学第一足律嗫说明热能与枧械能狂转换过程中的能量∵桕,根 据热力学第定律建立起来的能量方髹、在各种热勹过程的分析和计算中有广泛的应用 在介柝热力过程时、选取热力系统↓分西·同…现象选取不同的热力系统,系统 外界之间的能量关系也不同,由此建氵起来的能量方程亦各异.因此,本章要求掌据 (1)根据需要解决的问题.恰当地选取热力尔统 3 仔细分析系统内部与外界传递的能量: 根据能量守恒定律建立能量方程。能量方程的一般形式 系统收入能量-支出能量糸统储存能量的增量 (4)借助于工质的热力性质数据、公式及图長,求解能量方程。 第一节系统储存能 能量是物质运动的度量、物质处于不同的运动形态,便有不同的能量形式。系统储仔 能分为两部分:一部分取决于系统本身(内部)的状态,它与系统内丁质的分子结构及微 观运动形式有关,统称为内能(或内储存能):另部分取决于系统「质与外力场的相作 用(如重力位能)及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量(宏观动能),这两种 能量统称为外储存能 内能 内能是气体内部所具有的分子动能与分子位能的总和,它包括下面各项 」.分子直线运动的动能; 2.分子旋转运动的动能 3.分子内部原子和电子的振动能 以上三项总称为气体分子的内能温度的高低是内动能大小的反映,内动能大,气体 的温度就高。 4、分子位能。气体的分子之间存在着作用力、因此,气体内部还具有因克服分子之间 的作用力所形成的分子位能,也称气体的内位能分子位能的大小与分子间的距离有关,亦 即与气体的比容有关 另外、分子内部的能量还有:与分子结构有关的化学能和原子核内的原子能等。由于
我们所讨论的热力过程中芹不涉及化学反应和核反应,因此这两部分能量保持不变。!程 热力学中的内能是分f内动能和内位能的总和,或称物理内能。在涉及化学反应的化学热 力学中、则在内能中应包括化学内能。在涉及原子核裂变或聚变的系统中,还应刨括核内 能 通常用U表示mkg质量气体的内能,单位是J,用v表示kg质量气体的内能,单位 是J/kg 既然气体的内动能决定于气体的温度,内位能决定于气体的比容,所以气体的内能是 其温度和比容的函数,即 f(T,) 又因为p、vT三者之间存在着定关系,所以内能也可以写成 或 可见,内能也是气体的状态参数 对于理想气体,因分子间不存在相互作用力,没有内位能,故其内能仅包括分子内动 能、所以,理想气体内能只是温度的单值数,即 fC7 二、外储存能 1.宏观动能 质量为m的物体以速度c运动时,该物体具有的宏观运动动能为: 2.重力位能 在重力场中质量为n的物体相对丁系统外的参考坐标系的高度为z时,具有的重力位 能为 式中g……重力加速度 C、z是力学参数,处F同一热力状态的物体可以有不同的c,2,因此c、x是独于热力系 统内部状态的外参数,系统的宏观动能和重力位能又称为外储存能 系统的总储存能 系统的总储存能E为内储存能与外储存能之和。 R=.t Et Ep 或 E=t (3-1) 对1kg质量的物体的总储存能为 对于没有宏观运动,并且高度为零的系统,系统总储存能就等于内能 E=或