理想气体定律的定义是什么

理想气体定律(pV=nRT -理想气体方程)。根据理想气体定律,压强随温度和体积呈线性变化,与体积成反比。优德app热能工程

理想气体模型

理想气体模型用于预测气体的行为,是迄今为止发展起来的最有用和最常用的物质模型之一。我被发现,如果我们禁闭1摩尔的样本各种气体相同的体积把气体保持在同样的温度,然后他们测量压力几乎是一样的。此外,当我们把气体限制在较低密度时,这种差别就会消失。人们发现,这种气体趋向于遵循下面的关系,这被称为理想气体定律:

焓-例子-无摩擦活塞

pV = nRT

地点:

p绝对压力气体的

n的物质

T绝对温度

V体积

R是理想,还是普遍,气体常数,等于波尔兹曼常数阿伏伽德罗常数。人类的力量理想气体定律在于它的简单。当任意两个热力学变量, p, v, T已知,第三个很容易找到。

理想气体模型是基于以下假设:

  1. 理想气体的压强、体积和温度服从理想气体定律
  2. 具体的内部能量只是温度的函数u = u (T)
  3. 理想气体的摩尔质量与实际物质的摩尔质量相同
  4. 特定的加热- - - - - -cpcv-与温度无关,这意味着它们是常数。

从微观角度来看,它是基于以下假设:

  1. 气体的分子是小,小球
  2. 气体分子之间唯一的力是那些决定点状的碰撞
  3. 所有的冲突都是弹性所有的运动无摩擦的
  4. 分子间的平均距离远远大于分子的大小。
  5. 分子沿随机方向运动。
  6. 这些分子之间没有其他的吸引力或排斥力。

什么是理想气体

一个理想气体定义为所有原子或分子之间的碰撞完全弹性其中有没有分子间的引力。理想气体可以看成是一群完全坚硬的球体的集合,它们相互碰撞,但彼此之间不相互作用。在现实中,没有真正的气体像理想气体那样,因此也没有真正的气体遵循理想气体定律或者完全方程。在温度附近的气体沸点,增加压力会引起冷凝,体积急剧下降。在非常高的压力下,气体分子间的作用力是显著的。然而,大多数气体在高于沸点的压力和温度下基本一致。的理想气体定律工程师利用气体工作,因为它是使用简单近似真实气体的行为。

[xyz-ihs片段=“压力”)

参见:弹性碰撞

焦耳第二定律

对于任何状态方程由pV = nRT(或pv = RT),具体的内部能量只取决于温度。这条规则最初是由一位英国物理学家在1843年发现的詹姆斯·普雷斯科特焦耳对真实气体的实验,被称为焦耳第二定律:

质量固定的理想气体的内能只取决于它的温度(而不是压强或体积)。

比焓一种气体pV = nRT也只取决于温度。请注意,,热力学量等于吗总热容量的一个系统。它等于系统的热力学能加上压强和体积的乘积。在强变量中焦耳第二定律因此由h = h(T) = u(T) + pv = u(T) + RT。

这三个方程构成了理想气体模型,总结如下:

pv = RT

u = u (T)

h = h(T) = u(T) + RT

理想气体定律

把一种物质的压强、温度和比容联系起来的任何方程都叫an状态方程。最简单、最著名的气相物质的状态方程是理想气体状态方程的状态。它最早是由Émile Clapeyron在1834年提出的,是经验波义耳定律、查尔斯定律和阿伏伽德罗定律的结合。这个方程预测p-v-T行为对于稀气体或低压气体来说是相当准确的。在理想气体中,分子没有体积,也不相互作用。根据理想气体定律,压强随温度数量,与体积

pV = nRT

地点:

  • p绝对压力气体的
  • n的物质
  • T绝对温度
  • V体积
  • R是理想,还是普遍,气体常数,等于玻耳兹曼常数和阿伏伽德罗常数的乘积,

在这个方程中,符号R是一个常数通用气体常数它对所有气体都有相同的值,R = 8.31 J/mol K。

理想气体定律的威力在于它简单。当任何两个热力学变量p v T鉴于,第三可以容易被发现。工程师计算出的气体的许多物理条件符合上述描述。也许工程师们所研究的气体行为的最常见用途是使用理想气体近似的压缩过程和膨胀过程。

气体定律

一般来说,气体定律第一个状态方程,将气体和液体的密度与温度和压力联系起来。的气体定律在18世纪末得到了完全的发展。这些法律或声明之前理想气体定律,因为这些定律单独地被认为是理想气体方程的特殊情况,有一个或多个变量保持不变。由于它们几乎完全被理想气体方程所取代,所以学生们不太容易详细地学习这些定律。的理想气体状态方程由Émile Clapeyron于1834年提出,是以下定律的结合:

例子:理想气体定律-加压器内的气体压缩

加压器
稳压器是压水堆的关键部件。

主回路的压力pwr由一个加压器,一个独立的容器,连接到一次回路(热腿),并部分充满水,加热到饱和温度(沸点)为所需压力所淹没电加热器。在工厂加热期间,稳压器可以用氮气来代替饱和蒸汽

假设稳压器包含12米3.氮的20°C15条。温度升高到35°C,体积减小为8.5 米3.。稳压器内气体的最终压力是多少?假设气体是理想的。

解决方案:

因为气体是理想气体,我们可以用理想气体定律来联系它的参数,在初始状态我而在最终状态f。因此:

p初始化V初始化= nRT初始化

p最后V最后= nRT最后

用第二个方程除以第一个方程求解pf我们获得:

p最后= p初始化T最后V初始化/ T初始化V最后

注意,我们不能把体积单位和压强单位转换成基本的SI单位,因为它们相互抵消了。另一方面我们要用开尔文而不是摄氏度。因此T初始化= 293 K和T最后= 308 K。

因此,最终状态的压力为:

p最后= (15 bar) x (308 K) x (12 m3.) / (293 K) x (8.5 m .3.)=22条

理想气体定律的有效性

理想气体它被定义为所有原子或分子之间的碰撞都是完全弹性的,在其中没有分子间的吸引力,在自然界中没有真正理想气体这样的东西。另一方面,所有实际气体都接近理想状态低压(密度)。在低压下,分子之间的距离足够远,使它们彼此不相互作用。

换句话说理想气体定律仅是准确的在相对较低的压力下(相对于临界压力pcr),高温(相对于临界温度Tcr)。在这些参数下压缩因子,Z = pv / RT,是大约1。压缩系数用来解释与理想状态的偏差。这个修正系数取决于所考虑的每种气体的压力和温度。

理想气体的热力学能

内部能量是与系统中原子或分子运动有关的所有能量的总和。微观形式能量中包括那些由于旋转,振动,翻译,的相互作用在物质的分子中。

单原子气体-内能

对于一个单原子理想气体(如氦、氖、氩),对能量的唯一贡献来自于平动动能。单个原子的平均平动动能取决于只有气体温度由方程给出:

Kavg= 3/2 kT。

n摩尔理想单原子气体(每个分子一个原子)的内能等于每个分子的平均动能乘以分子总数,n:

Eint= 3/ 2nkt = 3/ 2nrt

n是摩尔数。每个方向(x, y, z)有贡献(1/2) nRT内部能量。这就是能量均分的概念任何其他对能量的贡献也必须贡献(1/2) nRT。可以看出,理想气体的内能只取决于温度气体的摩尔数。

双原子分子-内能

如果气体分子包含一个以上的原子,则有三个翻译方向,旋转动能也有作用,但只适用于三个垂直轴中的两个旋转。对能量的五个贡献(五个自由度)给出:

双原子理想气体:

Eint= 5/ 2nkt = 5/ 2nrt

这只是一个近似值,适用于中间温度。在低温下只有平动动能有贡献,在更高的温度下,振动提供了两个额外的贡献(动能和势能)。的热力学能会更大在给定的温度下比单原子气体,但对于理想气体它仍然只是温度的函数。

实际气体的内能也主要依赖于温度,但类似于理想气体定律,实际气体的内能也多少取决于压力体积。所有实际气体在低压(密度)时都接近理想状态。在低压下,分子之间的距离足够远,使它们彼此不相互作用。液体和固体的内能是相当复杂的,因为它包括电势能与力量有关的(或化学键)在原子和分子之间。

等容等压比热

比热属性是相关的吗内部能量这在热力学中非常重要。w88优德app的强度性质cvcp对纯粹的,简单的可压缩物质定义为内部能量u (T, v)h (T, p)分别为:

等容等压比热

其中下标vp表示微分过程中保持不变的变量。的属性cvcp被称为特定的加热(或热容),因为在某些特殊条件下,它们将系统的温度变化与热传递所增加的能量联系起来。w88优德备用网址 微博它们的SI单位是J /公斤KJ /摩尔K。气体定义了两个比热,一个是体积恒定(cv),一个用于恒压(cp)

摩尔比热-理想气体根据热力学第一定律w88优德app,对于单原子理想气体等容过程,摩尔比热为:

Cv= 3/2R = 12.5 J/mol K

因为

U = 3/2nRT

可以推导出摩尔比热定压时为:

Cp= Cv+ R = 5/2R = 20.8 J/mol K

Cp是否大于等体积时的摩尔比热容Cv因为现在必须供应能源不仅提高温度气体和气体做功因为在这种情况下体积是变化的。

梅耶关系式-梅耶公式

德国化学家和物理学家朱利叶斯·罗伯特·梅耶推导出了一种关系恒定比热压力和等体积比热容对于理想气体。他研究了等压气体的比热容(Cp)略大于等容时(Cv)。他推断Cp是否大于等体积时的摩尔比热容Cv因为现在必须供应能源不仅提高温度气体和气体做功因为在这种情况下体积是变化的。根据迈耶的关系或者是梅耶尔的公式这两个热容之差等于通用气体常数,因此恒压摩尔比热等于:

Cp= Cv+ R

引用:
反应堆物理与热水力学:
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  5. Kazimi Mujid S.核系统卷I:热工水力基础,第二版。CRC出版社;2版,2012,ISBN: 978-0415802871
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参见:

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