余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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理想气体绝热膨胀系数(Ⅱ)

已有 2359 次阅读 2023-8-21 14:45 |系统分类:教学心得

        本文拟结合具体实例,介绍理想气体绝热膨胀系数(ε)的计算及应用.

        理想气体绝热膨胀系数(ε[1]定义参见如下式(1):

         image.png       (1)

1. 理想气体绝热膨胀系数(ε)的计算

 [例]. 1mol理想气体氮气于始态(100kPa,298.15K,24.79dm3),经绝热过程一步膨胀至238.15K,计算该过程

氮气的绝热膨胀系数(ε).

       理想气体绝热膨胀过程温度与压强关系[2]参见如下式(2):

        image.png        (2)

       对于双原子分子氮气,γ=Cp,m/CV,m=3.5R/(2.5R)=1.4

       将不同温度下氮气的热力学性质代入式(2)可得:

        image.png         (3)

       则:image.png  (4)

       整理式(4)可得:image.png      (5)

       由式(5)计算不同温度下氮气绝热膨胀过程的压强,计算结果参见如下表1.

       表1. 不同温度下氮气绝热膨胀过程的压强

T(/K)298.15288.15278.15268.15258.15248.15238.15
p(/kPa)99.9788.7278.4068.9760.3852.5845.53

      绝热过程氮气温度压强关系参见如下图1.

      

image.png 

        图1显示,绝热膨胀过程,氮气压强与温度关系式为:T=1.0969p+190.65, 且R2=0.9936.

        该过程绝热膨胀系数:image.png  

2. 理想气体绝热膨胀系数(ε)的应用

       理想气体状态方程:pV=nRT          (6)

       式(6)变形可得:T/p=V/nR         (7)

       由式(7)可知:理想气体绝热膨胀系数(ε)越大,“T/p”越大,则V越大;表明理想气体越易绝热膨

胀.

       需指出理想气体绝热膨胀系数(ε)是系统热力学性质变换过程所引入的纯数学拟合参数.

3. 结论

     绝热膨胀系数(ε)越大,理想气体越易绝热膨胀;ε是纯数学拟合参数.

参考文献

[1]余高奇.理想气体绝热膨胀系数(ε).http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666,2023,8.

[2]余高奇.准静态过程假说原理(Ⅲ).http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666,2023,5.



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