工程热力学笔记 第三章 纯物质的性质

Answer 1

纯物质作为研究对象，涵盖了稳定的单质以及有明确化学组成的混合物。空气为例，尽管是多组分混合，其组成具有高度稳定性和一致性，被视为纯物质。纯物质的状态通常分为气态（gas）、液态（liquid）和固态（solide）。固态物质的分子排列高度固定，间相互作用力显著；气态物质分子间距离较远，几乎无相互作用；液态物质处于二者之间，分子间作用力使得其性质介于固态和气态之间。

纯物质之间的相变过程是物理状态的改变，如水分子从气态变为液态，涉及到各种状态名称，如过冷液体或过压液体，特性在于物质暂时不会气化；饱和液体则是处于气化的临界状态，饱和气体则是气体即将液化的状态，而饱和气液混合物是气化和液化过程中的中间状态。过热气体指气体短时间内不液化，保持稳定。

饱和温度和饱和压力的讨论是相变现象的重要部分，指在特定条件下物质相变的条件，例如水在标准大气压下的沸点是一个典型的饱和温度，对应着饱和压力，且饱和温度和饱和压力成对出现，反映了物质状态变化对于温度和压力的敏感性。

物质在相变过程中，需要吸收或释放热量以改变其内部结构，这一过程称为相变潜热，包括融化相变潜热和气化相变潜热。相变潜热的大小受到物质种类、相变温度和压力的影响。

临界点是压力和温度的特定组合，在此点物质在相变过程中不存在气液混合状态，固态、液态和气态可以同时存在，形成三相线。三相点是特定温度和压力下，三种相共存的唯一点，如纯水的三相点。

为了分析物质在工程热力学中的能量变化，引入了焓的概念，它是由内能和压力乘积组成的能量指示集合，可以简化温度和压力对能量影响的描述。

理想气体方程简化了高压低温条件下气体行为的研究，通过引入理想气体常数R，描述气体在不同摩尔质量条件下的特性，一般为1摩尔质量气体的通用常数。当气体接近理想状态时，Z压缩系数接近1。

对应状态原理将不同气体在不同温度压力下通过对比压力和对比温度统一计算，以临界压力和临界温度作为参考，计算折算压力、折算温度和压缩系数之间的关系。对于理想气体而言，Z值为1。

总结而言，纯物质的性质与状态相变、焓、理想气体状态方程及其理想和非理想状态下的近似处理等内容，是热力学和工程学基础理论的重要组成部分，提供了一系列用于描述物质行为的数学工具和物理概念，对实际工程应用具有重要意义。