纯流体的热力学性质思维导图

热力学

第三章纯流体的热力学性质Thermodynamic Properties of Pure Fluid

热力学

3纯流体的热力学性质流体的热力学性质包括气体、液体的T(温度)、P(压力)、V(体积)、Cp(等压热容)、Cv(等容热容)、U(内能)、H(焓)、S (熵)、A(自由能)、G(自由焓),f(逸度)等。

热力学

本章目的由易测的热力学性质(T、P、V、CP、CV)经过适当的数学方法(微积分)求得不可测定的热力学性质( H、U、S、G、…),为以后的热力学分析计算打下基础。

热力学

本章要求(1)熟练掌握并使用热力学基本方程。 (2)掌握麦克斯韦关系式及其应用，掌握熵变随压力和体积的变化关系。 (3)掌握理想气体焓变和熵变的计算方法。 (4)理解剩余性质的概念，掌握剩余性质与流体pVT的关系。 (5)掌握剩余性质的计算并熟练运用剩余性质进行高压下焓变和熵变的计算。

热力学

本章要求(6)理解逸度和逸度系数的定义。 (7)掌握用状态方程法和对比态原理计算气体逸度系数的方法。 (8)理解两相系统的热力学性质。 (9)掌握热力学性质图表的使用。

热力学

3

流体的热力学性质

3.1热力学性质之间的关系 3.2热力学性质的计算 3.3逸度与逸度系数 3.4两相系统

热力学

第三章纯流体的热力学性质Thermodynamic Properties of Pure Fluid

热力学

3纯流体的热力学性质流体的热力学性质包括气体、液体的T(温度)、P(压力)、V(体积)、Cp(等压热容)、Cv(等容热容)、U(内能)、H(焓)、S (熵)、A(自由能)、G(自由焓),f(逸度)等。

热力学

本章目的由易测的热力学性质(T、P、V、CP、CV)经过适当的数学方法(微积分)求得不可测定的热力学性质( H、U、S、G、…),为以后的热力学分析计算打下基础。

热力学

本章要求(1)熟练掌握并使用热力学基本方程。 (2)掌握麦克斯韦关系式及其应用，掌握熵变随压力和体积的变化关系。 (3)掌握理想气体焓变和熵变的计算方法。 (4)理解剩余性质的概念，掌握剩余性质与流体pVT的关系。 (5)掌握剩余性质的计算并熟练运用剩余性质进行高压下焓变和熵变的计算。

热力学

本章要求(6)理解逸度和逸度系数的定义。 (7)掌握用状态方程法和对比态原理计算气体逸度系数的方法。 (8)理解两相系统的热力学性质。 (9)掌握热力学性质图表的使用。

热力学

3

流体的热力学性质

3.1热力学性质之间的关系 3.2热力学性质的计算 3.3逸度与逸度系数 3.4两相系统

2．5 液体的pVT性质

对液体的理论研究远不如对气体的研究深入，用于描述液体pVT性质的状态方程也没有多大进展。这是因为液体的密度在普通的压力和温度下易于实验测定，且除临界点附近外，压力和温度对液体的体积影响较小。

液体的摩尔体积和密度的估算法有图表法、状态方程法和普遍化法等。下面就状态方程和普遍化方法作简单介绍。

2．5．1 液体的状态方程

虽然某些状态方程，如Van derWaals 和Redlich-Kwong 方程能够给出液相pVT性质的定性解释，但一般不能定量处理。Benedict-Webb-Rubin方程虽然可以同时使用于汽相和液相，但是太复杂且必须确定所有流体的八个常数。因此须研究适于工程计算的液体pVT性质的计算方法。

1．Tait方程

?p?E?方程的表达式为： VL?VoL?Dln??p?E??，该方程用于液体可以给出很

?o?精确的结果。式中D，E为给定温度下的常数。VoL,po为指定温度下，该液体对应某一参考状态的比容和压力的数值。当D，E可以确定时，则Tait方程可以给

出液体沿着等温线的pV关系，且可以达到很高的范围。

2．Rackett方程 方程的表达式为： Vsat?VcZc?1?Tr?0.285

第4章 流体混合物的热力学性质

一、是否题

1. 在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比。

?is?fx,（对。即fiiifi?f(T,P)?常数）

2. 理想气体混合物就是一种理想溶液。

（对）

3. 对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。

（错。V，H，U，CP，CV的混合过程性质变化等于零，对S，G，A则不等于零） 4. 对于理想溶液所有的超额性质均为零。

（对。因ME?M?Mis）

5. 理想溶液中所有组分的活度系数为零。

（错。理想溶液的活度系数为1）

6. 体系混合过程的性质变化与该体系相应的超额性质是相同的。

（错。V，H，U，CP，CV的混合过程性质变化与该体系相应的超额性质是相同的，对S，G，A则不相同）

7. 对于理想溶液的某一容量性质M，则Mi?Mi。

（错，对于V，H，U，CP，CV 有Mi?Mi，对于S，G，A则Mi?Mi） ?i??i。 8. 理想气体有f=P，而理想溶液有??iis（对。因??isffxf?i?ii?i??i） PxiPxiP______9. 温度和压力相同的两种理想气体混合后，则温度和压力不变，总体积为原来两气体体积之和，总

热力学能为原两气体热力学能之和，总熵为原来

第二章 均匀物质的热力学性质

2.1 已知在体积保持不变时，一气体的压强正比于其热力学温度. 试证明在温度保质不变时，该气体的熵随体积而增加.

解：根据题设，气体的压强可表为

p?f?V?T, （1）

式中f(V)是体积V的函数. 由自由能的全微分

dF??SdT?pdV

得麦氏关系

将式（1）代入，有

由于p?0,，故有??p??S???p???f(V)?. （3） ????T??V?T??T?V?S???0?V??T??S???p??????. （2） ??V?T??T?VT?0. 这意味着，在温度保持不变时，该气体的熵

随体积而增加.

2.2 设一物质的物态方程具有以下形式：

p?f(V)T,

试证明其内能与体积无关.

解：根据题设，物质的物态方程具有以下形式：

故有

但根据式（2.2.7），有

??U???p??T?????p, ??V?T??T?V??p????f(V). （2） ?T??Vp?f(V)T,

第二章 均匀物质的热力学性质

2.1 已知在体积保持不变时，一气体的压强正比于其热力学温度. 试证明在温度保质不变时，该气体的熵随体积而增加.

解：根据题设，气体的压强可表为

p?f?V?T, （1）

式中f(V)是体积V的函数. 由自由能的全微分

dF??SdT?pdV

得麦氏关系

将式（1）代入，有

由于p?0,，故有??p??S???p???f(V)?. （3） ????T??V?T??T?V?S???0?V??T??S???p??????. （2） ??V?T??T?VT?0. 这意味着，在温度保持不变时，该气体的熵

随体积而增加.

2.2 设一物质的物态方程具有以下形式：

p?f(V)T,

试证明其内能与体积无关.

解：根据题设，物质的物态方程具有以下形式：

故有

但根据式（2.2.7），有

??U???p??T?????p, ??V?T??T?V??p????f(V). （2） ?T??Vp?f(V)T,

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= RT

mkg质量气体为： Pv=mRT=mR0T

R 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）； R0 通用气体常数，与气体状态、其他性质无关的普适恒量； R0??R?831415J/Kmol?K

CV,CP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，CV?CP 其 CV?CP?R 比值CV/CP?k（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

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= RT

mkg质量气体为： Pv=mRT=mR0T

R 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）； R0 通用气体常数，与气体状态、其他性质无关的普适恒量； R0??R?831415J/Kmol?K

CV,CP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，CV?CP 其 CV?CP?R 比值CV/CP?k（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

第4章 流体混合物的热力学性质

一、是否题

1. 在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比。

?is?fx,（对。即fiiifi?f(T,P)?常数）

2. 理想气体混合物就是一种理想溶液。（对）

3. 对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。

（错。V，H，U，CP，CV的混合过程性质变化等于零，对S，G，A则不等于零） 4. 对于理想溶液所有的超额性质均为零。（对。因ME?M?Mis） 5. 理想溶液中所有组分的活度系数为零。（错。理想溶液的活度系数为1）

6. 体系混合过程的性质变化与该体系相应的超额性质是相同的。（错。V，H，U，CP，CV的混合过程性

质变化与该体系相应的超额性质是相同的，对S，G，A则不相同） 7. 对于理想溶液的某一容量性质M，则Mi?Mi。

（错，对于V，H，U，CP，CV 有Mi?Mi，对于S，G，A则Mi?Mi） 8.

?i??i。?iis理想气体有f=P，而理想溶液有?（对。因?______?isffxf?i?ii?i??i） PxiPxiP9. 温度和压力相同的两种理想气体混合后，则温度和压力不变，总体积为原来两气体体积之和，总热力

学能为原两气体热力学能之和，总熵为原来两气体熵之

热力学第一定律习题：

1. 封闭系统过程体积功为零的条件是( )。 封闭系统过程的ΔU=0的条件是( )。 封闭系统过程的ΔH=0的条件是( )。

封闭系统过程ΔU=ΔH的条件：(1)理想气体单纯pVT变化过程：( )；

(2)理想气体化学变化过程：( )。

2. 一定量理想气体节流膨胀过程中：μJ-T＝( )；ΔH=( )； ΔU=( )； W＝( )。

某状态下空气经过节流膨胀过程的Δ(pV)＞0，则μJ-T ( )；ΔH ( )； ΔU ( )。(判断大于0、等于0还是小于0.)

3. 一定量的单原子理想气体某过程的Δ(pV)＝20kJ，则此过程的ΔU=( )kJ， ΔH=( )kJ。

4. 绝热恒容非体积功为0的系统，过程的??H/?p?V,Q?0?( )。 5. 在300K及常压下，2