第6讲 理想气体的性质与过程要点
理想气体的性质与过程解析
理想气体的性质与过程解析理想气体是指在一定温度和压力范围内，分子之间的相互作用可以忽略不计的气体。
它是理想化的模型，用来描述真实气体的一些性质和行为。
以下是关于理想气体的性质和过程的解析：性质：1.粒子间无相互作用：在理想气体中，气体分子之间的相互作用力可以忽略不计。
这意味着理想气体的压力、温度和体积只取决于其分子数，与分子之间的相互作用无关。
2.分子间的容积可以忽略不计：理想气体中，分子的体积与整个气体的体积相比可以忽略不计。
这是因为气体分子的体积相对较小，与气体分子数目相比较小时，分子之间的碰撞几乎没有。
3.分子运动速度分布均匀：理想气体中，气体分子的平均动能与温度成正比。
根据麦克斯韦速度分布律，气体分子的速度呈现高斯分布，也就是说在给定温度下，速度越快的分子数量越少。
4.气体的体积与压力成反比：根据波义耳定律，理想气体的体积和压力成反比。
当温度和分子数目保持不变时，压力增大，则气体的体积减小；压力减小，则气体的体积增大。
过程：1.等温过程：在等温过程中，理想气体的温度保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT（其中P代表压力，V代表体积，n代表物质的摩尔数，R代表气体常数，T代表温度），等温过程中的压强和体积成反比。
即PV=常数。
2.等容过程：在等容过程中，理想气体的体积保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT，等容过程中的压强和温度成正比。
即P/T=常数。
3.等压过程：在等压过程中，理想气体的压力保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT，等压过程中的体积和温度成正比。
即V/T=常数。
4.绝热过程：在绝热过程中，理想气体不与外界交换热量。
根据绝热过程的定义，PV^γ=常数（其中γ为比热容比，γ=Cp/Cv，Cp为定压比热容，Cv为定容比热容），即压强和体积的乘积的γ次方等于常数。
总结：理想气体的性质和过程可以通过理想气体状态方程以及各种过程方程来描述。
理想气体的性质包括分子间无相互作用、分子间的容积可以忽略不计、分子速度分布均匀以及气体体积与压力成反比。
热力学中的理想气体的绝热过程分析
热力学中的理想气体的绝热过程分析在热力学中，理想气体是一种理想化的气体模型，它具有一系列特殊性质，其中之一就是在绝热过程中，理想气体的热力学性质的变化。
本文将对理想气体的绝热过程进行分析。
1. 理想气体的基本特性理想气体是一种理论模型，在实际中很难真正存在。
但是它具有一些重要的特性，使得它在热力学研究中具有广泛的应用。
理想气体的分子之间相互作用可以忽略不计，分子是质点，体积可以忽略不计，分子之间碰撞完全弹性等。
2. 绝热过程的基本概念绝热过程是指在过程中系统与外界没有热量交换的热力学过程。
在绝热过程中，系统内部的分子之间的相互作用起主导作用。
在理想气体的绝热过程中，理想气体的压强、体积和温度之间存在着一定的关系。
3. 绝热指数在理想气体的绝热过程中，压强、体积和温度之间的关系可以用绝热指数来描述。
绝热指数γ是理想气体绝热过程中比热容之比，即γ=C_p/C_v，其中C_p是气体在恒定压力下的比热容，C_v是气体在恒定体积下的比热容。
4. 绝热过程的分析在理想气体的绝热过程中，气体的压强、体积和温度之间存在以下关系：P*V^γ = 常数，其中P是气体的压强，V是气体的体积，γ是绝热指数。
根据这个关系式，可以分析绝热过程中气体的性质变化。
5. 绝热膨胀过程绝热膨胀是指绝热过程中气体的体积增大的过程。
根据绝热过程的关系式P*V^γ = 常数，可以得到P1*V1^γ = P2*V2^γ，其中P1和P2是气体在初始和终态的压强，V1和V2是气体在初始和终态的体积。
通过这个公式，可以计算出气体在绝热膨胀过程中的性质变化。
6. 绝热压缩过程绝热压缩是指绝热过程中气体的体积减小的过程。
根据绝热过程的关系式P*V^γ = 常数，可以得到P1*V1^γ = P2*V2^γ，其中P1和P2是气体在初始和终态的压强，V1和V2是气体在初始和终态的体积。
通过这个公式，可以计算出气体在绝热压缩过程中的性质变化。
7. 绝热过程的热力学第一定律根据热力学第一定律，绝热过程中气体的内能变化可以写为ΔU =Q - W，其中ΔU是气体的内能变化，Q是系统和外界之间的热量交换，W是系统对外界做的功。
理想气体的性质
在恒定体积的情况下，理想气 体的压强与热力学温度成正比。
理想气体温差与压强成正比， 如达到绝热过程。
理想气体的体积与压力关系
1
波义耳-马列定律
在恒定压力的情况下，理想气体的体积与其热力学温度成正比。
2
查理定律
在恒定温度的情况下，理想气体的体积与压强成反比。
3
指数关系
体积变化和绝对温度变化的比值为一定值。
理想气体的性质
理想气体是在正常温度和压力下，体积可压缩到很小而且分子之间没有相互 作用的气体。
理想气体的概念
微观结构
理想气体是由大量质量极小、 体积为零的质点组成。
压力定义
理想气体压强是气体分子撞击 容器壁所产生力的大小，与壁 面单位面积垂直的分量成正比。
温度定义
理想气体温度是介质分子平均 动能的度量标准。
理想气体的摩尔质量与密度关系
摩尔质量
对于同一种气体，其分子 数是一定的，其摩尔质量 与分子量成正比。
体密度
单位体积或者单位质量的 气体分子数ຫໍສະໝຸດ 称为气体的 密度。密度计算
气体密度=M/RT，其中M 是摩尔质量，R是气体常数， T是绝对温度。
理想气体的行为模型及应用
气球充气
理想气体模型可以应用于气球 充气过程，说明气球的承载力 和所需气体量。
气体储存
储氦气，氢气，氮气，氧气等 物质的理想气体模型可以用于 计算气体储存的最大容量。
工业应用
理想气体模型可以用于工业馏 分分配过程，如阀门操作和缓 解熔炉内压强。
容器条件
理想气体必须在充分大的容器 内才可以体现其各项性质。
理想气体的特征
分子间距离大
理想气体分子间距离比其 分子尺寸大得多。
理想气体的性质与状态
理想气体的性质与状态气体是物质存在的一种形态，它具有独特的性质和状态。
在理论化学和物理学中，我们常常使用理想气体模型来描述气体的性质与状态。
理想气体是一个理想化的概念，用来简化气体的复杂行为，并且可以作为其他气体模型的基础。
在本文中，我们将重点讨论理想气体的性质与状态。
理想气体的性质：1. 分子自由运动：理想气体的分子没有相互作用力，它们以高速碰撞并独自运动。
这意味着理想气体的分子之间没有吸引力或斥力。
这个性质使得理想气体的分子可以自由地扩散和混合。
2. 碰撞无损失：理想气体的分子之间碰撞是完全弹性的，没有能量的损失。
这意味着分子在碰撞后会保持它们的动能和动量，但方向可能会改变。
这种无损失碰撞的性质是理想气体的一个重要特征。
3. 分子间距离较大：理想气体的分子之间的距离较大，相对于分子的尺寸来说，它们之间几乎没有相互作用。
这导致理想气体的密度相对较低，并且具有较低的相互作用能。
4. 分子不占据体积：理想气体的分子体积可以忽略不计，相对于容器的尺寸来说，理想气体的分子体积非常小。
这使得理想气体可以均匀地扩散到整个容器中。
理想气体的状态：理想气体的状态可以由一些基本参数来描述，这些参数包括压力、体积、温度和物质的量。
根据理想气体状态方程，也称为理想气体定律，可以得到下面的关系式：PV = nRT其中，P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的摩尔数，R表示理想气体常量，T表示气体的温度。
这个方程可以用来描述气体在不同条件下的行为。
1. 压力：气体的压力是指气体分子对容器壁的碰撞产生的压强。
压力是一个力的量度，可以通过单位面积上分子碰撞的次数来表示。
在理想气体模型中，气体分子的平均碰撞频率与压力成正比。
2. 体积：气体的体积是指气体分子占据的空间。
在理想气体模型中，气体分子被认为是点状的，占据的体积可以忽略不计。
因此，理想气体的体积主要取决于容器的尺寸。
3. 温度：气体的温度是指气体分子的平均动能。
理想气体的性质
理想气体的性质
理想气体是指在一定条件下具有理想行为的气体。
它是理想化的气
体模型，假设气体中分子之间没有相互作用和体积，并且分子之间的
碰撞是弹性碰撞。
以下是理想气体的主要性质：
1. 理想气体的分子是无限小的，没有体积，分子之间没有相互作用力。
这意味着气体的体积可以无限压缩，并且气体分子之间不存在任
何引力或斥力。
2. 理想气体的分子运动是完全混乱的，分子在空间中自由运动，并
且沿各个方向上的速度分布是相等的。
这被称为分子速度均分定理。
3. 理想气体的压强与温度成正比，压力与体积成反比。
这意味着如
果气体的温度升高，压强也会增加，反之亦然；如果气体的体积减小，压力也会增加，反之亦然。
这被称为理想气体状态方程或理想气体定律。
4. 理想气体的温度与体积成正比，温度与压强成正比。
这意味着如
果气体的体积增加，温度也会增加，反之亦然；如果气体的压强减小，温度也会减小，反之亦然。
这被称为理想气体的热力学性质。
需要注意的是，现实气体往往存在分子间相互作用和体积，因此它
们不完全符合理想气体模型。
然而，理想气体模型在许多实际应用中
仍然是一个非常有用的近似模型。
理想气体
盖·吕萨克定律：一定质量的气体，在压强不变的条件下， 温度每升高（或降低）1℃，它的体积的增加 （或减少）量等于0℃时体积的1/273。即V1/T1=V2/T2=C2（常量）。
2．两平衡状态间参数的计算
3．标准状态与任意状态或密度间的换算
4．气体体积膨胀系数
理想气体对外膨胀可以分为两种情况：一、理想气体周围有其他物体。二、理想气体自由膨胀，即周围没有 其他物体。第一种情况下，理想气体做功。第二种情况下，不做功。如果两个容器相连，其中一个容器内充满理 想气体，另一个容器内是真空，将两个容器相连后理想气体膨胀充满两个容器，此时，理想气体不做功，且选取 任何一个中间过程也不做功。一般情况下，如不做特别说明，则认为气体对外膨胀做功。
谢谢观看
综合以上三个定律可得pV/T=常量，这个称为联合气体方程。在此基础再加上阿伏伽德罗定律定律即V/n=恒 量（n表示摩尔数），得到理想气体状态方程。
说明
模型
高压低温
理想气体是一种理想化的模型，实际并不存在。实际气体中，凡是本身不易被液化的气体，它们的性质很近 似理想气体，其中最接近理想气体的是氢气和氦气。一般气体在压强不太大、温度不太低的条件下，它们的性质 也非常接近理想气体。因此常常把实际气体当作理想气体来处理。这样对研究问题，尤其是计算方面可以大大简 化。
推导
指 的 是 克 拉 伯 龙 方 程 来 源 的 三 个 实 验 定 律 ： 玻 ( 意 耳 ） - 马 （ 略 特 ） 定 律 、 查 理 定 律 和 盖 ·吕 萨 克 定 律 ， 以 及 直 接结论pV/T=常量。
理想气体状态方程与理想气体的性质
理想气体状态方程与理想气体的性质理想气体状态方程是描述理想气体行为的基本物理方程，它通过各个参数的关系，揭示了理想气体的性质和行为规律。
本文将简要介绍理想气体状态方程及其相关理论，并探讨理想气体的性质。
一、理想气体状态方程理想气体状态方程，也称作气体状态方程，描述了理想气体的状态与气体压强、体积、温度等参数之间的关系。
根据气体动力学理论及实验经验，理想气体状态方程可以表示为：PV = nRT其中，P表示气体的压强（Pressure），V表示气体的体积（Volume），n表示气体的物质量，R为气体常数，T表示气体的绝对温度。
这个方程揭示了理想气体的性质，它强调了气体压强、体积和温度之间的关系，并通过物质量的引入，将理想气体的量度引入到方程中。
二、理想气体状态方程的应用理想气体状态方程在物理学和化学领域被广泛应用，它对研究和描述气体的行为提供了重要参考。
以下是一些主要应用：1. 用于计算气体物理性质：理想气体状态方程可以用于计算气体的压强、体积和温度等物理性质。
通过观察和测量实验条件下的几个参数，可以利用状态方程计算其他参数的数值。
2. 理想气体混合物的研究：在分析混合气体的性质时，可以将混合气体看作理想气体，并应用理想气体状态方程来研究其行为。
3. 气体反应的研究：在研究气体反应时，可以使用理想气体状态方程来描述反应物质量变化、温度变化等参数之间的关系。
这对于研究气体反应速率、平衡等方面的问题具有重要意义。
三、理想气体的性质1. 理想气体的分子间相互作用力可以忽略不计。
在理想气体模型中，假设气体分子之间没有相互作用力，即没有引力和斥力的存在。
这使得理想气体在高温条件下表现出较好的行为近似。
2. 理想气体的体积可以忽略不计。
理想气体模型假设气体分子体积微小，与整个体系的总体积相比可以忽略不计。
这对于计算气体的体积和压强等参数提供了便利。
3. 理想气体的温度与分子平均动能成正比。
根据理想气体模型，气体温度与分子的平均动能成正比。
理想气体的热力学性质
理想气体的热力学性质1. 引言理想气体是一个重要的物理模型，用于描述宏观气体现象。
在理想气体模型中，气体分子被假设为没有体积、相互之间没有相互作用力，并且遵循分子运动论的统计规律。
理想气体的热力学性质是描述其在不同温度、压强等条件下的宏观行为。
本章将介绍理想气体的热力学性质，包括状态方程、等温过程、绝热过程、等压过程和热力学第一定律等。
2. 状态方程理想气体的状态方程是描述其状态（温度、压强、体积）之间关系的方程。
最常用的状态方程是范德瓦尔斯方程，它修正了理想气体状态方程中未考虑分子间相互作用力的缺陷。
范德瓦尔斯方程为：( p + )(V_m - b) = RT其中，( p ) 是气体的压强，( V_m ) 是气体的摩尔体积，( R ) 是理想气体常数，( T ) 是气体的绝对温度，( a ) 和 ( b ) 是范德瓦尔斯方程的参数，分别表示气体分子间的吸引力和分子的体积。
3. 等温过程等温过程是指气体在过程中温度保持不变的过程。
在等温过程中，气体的压强和体积之间遵循玻意耳-马略特定律：其中，( k ) 是一个常数。
等温过程的特点是气体分子平均动能不变，因此等温过程是可逆的。
4. 绝热过程绝热过程是指气体在过程中没有热量交换的过程。
在绝热过程中，气体的内能保持不变。
根据热力学第一定律，绝热过程中的功等于内能的变化。
当气体经历等压绝热过程（如等压膨胀或等压压缩）时，其温度发生变化，遵循盖-吕萨克定律：=其中，( V_1 ) 和 ( V_2 ) 是气体在两个状态下的体积，( T_1 ) 和 ( T_2 ) 是气体在两个状态下的绝对温度。
当气体经历等容绝热过程（如等容膨胀或等容压缩）时，其温度变化遵循查理定律：=其中，( p_1 ) 和 ( p_2 ) 是气体在两个状态下的压强，( T_1 ) 和 ( T_2 ) 是气体在两个状态下的绝对温度。
5. 等压过程等压过程是指气体在过程中压强保持不变的过程。
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c=f (t)
cq
cdt t2500
p ,O2t1100
=
c
t2 t1
(t2
t1 )
0.979 500 0.923100
c t2 0
c t1
c t2 t1
t2 c5d0t0 100
c t2
t1
t1 t2 t1 c t
t
cdt
0
0
t1
t2 t
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t
c t2
c t2 0
t2
c
t1 0
t1
t1
取基准温度 T0
T dT T0 cp T
f (T ) sT0
s
s0 T2
s0 T1
R ln
p2 p1
若为空气，查 附表2得 sT0
§3-5 研究热力学过程的目的与方法
目的
提高热力学过程的热功转换效率 热力学过程受外部条件影响 主要研究外部条件对热功转换的影响
利用外部条件, 合理安排过程，形成最佳循环
1、按定比热
cvdT R dv
T
v
cpdT R dp
T
p
2、按真实比热计算
3、按平均比热法计算
1、按定比热计算理想气体热容
分子运动论
Um
i 2
RmT
运动自由度
Cv,m
dU m dT
i 2
Rm
Cp,m
dH m dT
d (Um RmT ) dT
i2 2
Rm
单原子 双原子 多原子
Cv,m[kJ/kmol.K]
稳流
q
h
1 2
c2
gz
ws
2) 理想气体 pv RT cp cv R
k cp cv
u f (T ) h f (T )
3)可逆过程
w pdv q Tds
wt vdp
研究热力学过程的步骤
1) 确定过程方程------该过程中参数变化关系
p f (v) , T f ( p) , T f (v)
Cp,m [kJ/kmol.K] k
3 2
Rm
5 2 Rm
1.67
5 2 Rm
7 2
Rm
7 2 Rm
9 2
Rm
1.4
1.29
Cp,2R1、34a按/ R真 实2.1比01热5 计0.算032理52想T 气1体7.4的57热1容06T 2
理想气体 u f (T )
h f '(T )
cv
du dT
理想气体的焓
h u pv u RT
h f (T ) 理想气体h只与T有关
实际气体
h f (T , p)
cp
( h T
)p
h
h
h
dh
( T
)p dT
(p )T
dp
cpdT
( p )T
dp
理想气体 理想气体，任何过程
dh cpdT
理想气体的熵
熵的定义: ds qR
T
T2 p2 v2 s2 2
( h T
)p
理想气体：
du cv dT
cp
dh dT
cp
dh dT
du dT
d ( pv) dT
cv
R
cp cv R 迈耶公式
令 k cp 比热比
cv
cv
R k 1
cp
kR k 1
§3-4 理想气体热容、u、h和s的计算
du cvdT dh cpdT
ds
cp
dv v
cv
dp p
h、u 、s的计算要用cv 和 cp 理想气体热容的计算方法：
对已确定的过程，进行热力计算
研究热力学过程的对象与方法
对象 1) 参数 ( p, T, v, u, h, s ) 变化 2) 能量转换关系, q , w, wt
方法
1) 抽象分类 p v T s n
基本过程 2) 可逆过程 (不可逆再修正)
研究热力学过程的依据
1) 热一律 q du w dh wt
可逆过程 Tds qR du pdv dh vdp
理想气体，任何ds过程du
T
p T
dvT1
d1h pT1
v1 Tvs1dp
理想气体 pv = RT
ds cvdT R dv cpdT R dp
T
vT
p
cp
dv v
cv
dp p
仅可逆适用？
理想气体的热容
一般工质:
cv
( u T
)v
cp
理想气体，任何过程
1、若定比热
s
cv
ln
T2 T1
R
ln
v2 v1
cp
ln T2 T1
R ln
p2 p1
cp
ln
v2 v1
cv
ln
p2 p1
理想气体 s的计算
2、真实比热
s
2
1 cv
dT T
R ln
v2 v1
2
1 cp
dT T
R ln
p2 p1
2
1 cp
dv v
2 dp 1 cv p
Reversible adiabatic
(2) 不仅 s 0 , ds 0 s 处处相等
理想气体 s 的过程方程
ds 0
理想气体
k cp cv
当 k const
ds
cv
dp p
cp
dv v
0
dp k dv 0 pv
ln p k ln v const
pvk const
三个条件: (1)理想气体 (2)可逆过程 (3) k 为常数
2) 根据以知参数及过程方程求未知参数 3) 用T - s 与 p - v 图表示 4) 求 u , h , s 5) 计算w , wt , q
§3-6 理想气体的等熵过程
可逆 ds qR
T
ds 0 s
绝热
adiabatic isentropic
说明: (1) 不能说绝热过程就是等熵过程, 必须是可逆绝热过程才是等熵过程。
t2 t1
附表3，4，5，6 摄氏℃
理想气体 u的计算
du cvdT
理想气体，任何过程
1. cv const u cvT cv (T2 T1)
2. cv 为真实比热
u
T2 T1
cv
dT
T2 u2 2
3. cv 为平均比热
u
cv
t2 t1
(T2
T1)
1 T1 u1
4. 若为空气，直接查 附表2 u u2 u1
理想气体 s 的过程方程
pvk const
Tvk1 const
T k1 const pk
p2 ( v1 )k pvk ( pv)vpk11 RvT2vk1 const
T2 ( v1 )k1
理想气体 h的计算
dh cpdT 理想气体，任何过程
1. cp const h cpT
2.
cp 为真实比热
h
T2 T1
cp
dT
3. cp 为平均比热
h
cp
t2 t1
(T2
T1 )
4. 若为空气，直接查 附表2 h h2 h1
理想气体s的计算
dT dv dT dp dv dp ds cv T R v cp T R p cp v cv p
f
(T )
dh cp dT f '(T )
根据实验结果整理
Cv,m a0 a1T a2T 2 a3T 3 ......
Cp,m b0 b1T b2T 2 b3T 3 ......
3、按平均比热计算理想气体的热容
求Oc 2在dq1t 00-500℃平均定压(cp热,c容cv)