工程熱力學思考題高等教育出版社第四版

1、工程熱力學僅供參考第1章 基本概念閉口系與外界無物質交換，系統(tǒng)內質量將保持恒定，那么，系統(tǒng)內質量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎?答：否。當一個控制質量的質量入流率與質量出流率相等時（如穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)），系統(tǒng)內的質量將保持恒定不變。有人認為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質交換，而物質又與能量不可分割，所以開口系不可能是絕熱系。這種觀點對不對，為什么?答：不對?！敖^熱系”指的是過程中與外界無熱量交換的系統(tǒng)。熱量是指過程中系統(tǒng)與外界間以熱的方式交換的能量，是過程量，過程一旦結束就無所謂“熱量”。物質并不“擁有”熱量。一個系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對物質流開放無關。平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系，平衡狀態(tài)

2、與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系?答：“平衡狀態(tài)”與“穩(wěn)定狀態(tài)”的概念均指系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時間而變化，這是它們的共同點；但平衡狀態(tài)要求的是在沒有外界作用下保持不變；而平衡狀態(tài)則一般指在外界作用下保持不變，這是它們的區(qū)別所在。倘使容器中氣體的壓力沒有改變，試問安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會改變嗎？在絕對壓力計算公式中，當?shù)卮髿鈮菏欠癖囟ㄊ黔h(huán)境大氣壓?答：可能會的。因為壓力表上的讀數(shù)為表壓力，是工質真實壓力與環(huán)境介質壓力之差。環(huán)境介質壓力，譬如大氣壓力，是地面以上空氣柱的重量所造成的，它隨著各地的緯度、高度和氣候條件不同而有所變化，因此，即使工質的絕對壓力不變，表壓力和真空度仍有可能變化?！爱?shù)卮髿鈮骸辈⒎?/p>

3、就是環(huán)境大氣壓。準確地說，計算式中的Pb 應是“當?shù)丨h(huán)境介質”的壓力，而不是隨便任何其它意義上的“大氣壓力”，或被視為不變的“環(huán)境大氣壓力”。溫度計測溫的基本原理是什么?答：溫度計對溫度的測量建立在熱力學第零定律原理之上。它利用了“溫度是相互熱平衡的系統(tǒng)所具有的一種同一熱力性質”，這一性質就是“溫度”的概念。經(jīng)驗溫標的缺點是什么?為什么?答：由選定的任意一種測溫物質的某種物理性質，采用任意一種溫度標定規(guī)則所得到的溫標稱為經(jīng)驗溫標。由于經(jīng)驗溫標依賴于測溫物質的性質，當選用不同測溫物質制作溫度計、采用不同的物理性質作為溫度的標志來測量溫度時，除選定的基準點外，在其它溫度上，不同的溫度計對同一溫度可

4、能會給出不同測定值（盡管差值可能是微小的），因而任何一種經(jīng)驗溫標都不能作為度量溫度的標準。這便是經(jīng)驗溫標的根本缺點。促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么?舉例說明。答：分兩種不同情況： 若系統(tǒng)原本不處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)內各部分間存在著不平衡勢差，則在不平衡勢差的作用下，各個部分發(fā)生相互作用，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化。例如，將一塊燒熱了的鐵扔進一盆水中，對于水和該鐵塊構成的系統(tǒng)說來，由于水和鐵塊之間存在著溫度差別，起初系統(tǒng)處于熱不平衡的狀態(tài)。這種情況下，無需外界給予系統(tǒng)任何作用，系統(tǒng)也會因鐵塊對水放出熱量而發(fā)生狀態(tài)變化：鐵塊的溫度逐漸降低，水的溫度逐漸升高，最終系統(tǒng)從熱不平衡的狀態(tài)過渡到一種新的熱平衡狀態(tài)；

5、若系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)，則只有在外界的作用下（作功或傳熱）系統(tǒng)的狀態(tài)才會發(fā)生變。(a)(b)圖1-16 思考題8附圖圖1-16a、b所示容器為剛性容器：將容器分成兩部分。一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板。若突然抽去隔板，氣體(系統(tǒng))是否作功？設真空部分裝有許多隔板，每抽去一塊隔板讓氣體先恢復平衡再抽去一塊，問氣體(系統(tǒng))是否作功？上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過程是否都可在P-v圖上表示？答：；受剛性容器的約束，氣體與外界間無任何力的作用，氣體（系統(tǒng)）不對外界作功； b情況下系統(tǒng)也與外界無力的作用，因此系統(tǒng)不對外界作功； a中所示的情況為氣體向真空膨脹(自由膨脹)的過程，是典型的不可逆

6、過程。過程中氣體不可能處于平衡狀態(tài)，因此該過程不能在P-v圖上示出；b中的情況與a有所不同，若隔板數(shù)量足夠多，每當抽去一塊隔板時，氣體只作極微小的膨脹，因而可認為過程中氣體始終處在一種無限接近平衡的狀態(tài)中，即氣體經(jīng)歷的是一種準靜過程，這種過程可以在P-v圖上用實線表示出來。經(jīng)歷一個不可逆過程后，系統(tǒng)能否恢復原來狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個系統(tǒng)能否恢復原來狀態(tài)？答：所謂過程不可逆，是指一并完成該過程的逆過程后，系統(tǒng)和它的外界不可能同時恢復到他們的原來狀態(tài)，并非簡單地指系統(tǒng)不可能回復到原態(tài)。同理，系統(tǒng)經(jīng)歷正、逆過程后恢復到了原態(tài)也并不就意味著過程是可逆的；過程是否可逆，還得看與之發(fā)生過相互作用的所有

7、外界是否也全都回復到了原來的狀態(tài)，沒有遺留下任何變化。原則上說來經(jīng)歷一個不可逆過程后系統(tǒng)是可能恢復到原來狀態(tài)的，只是包括系統(tǒng)和外界在內的整個系統(tǒng)則一定不能恢復原來狀態(tài)。系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)和外界有什么變化？若上述正向及逆向循環(huán)中有不可逆因素，則系統(tǒng)及外界有什么變化？答：系統(tǒng)完成一個循環(huán)后接著又完成其逆向循環(huán)時，無論循環(huán)可逆與否，系統(tǒng)的狀態(tài)都不會有什么變化。根據(jù)可逆的概念，當系統(tǒng)完成可逆過程（包括循環(huán)）后接著又完成其逆向過程時，與之發(fā)生相互作用的外界也應一一回復到原來的狀態(tài)，不遺留下任何變化；若循環(huán)中存在著不可逆因素，系統(tǒng)完成的是不可逆循環(huán)時，雖然系統(tǒng)回復到原來狀態(tài)，但

8、在外界一定會遺留下某種永遠無法復原的變化。（注意：系統(tǒng)完成任何一個循環(huán)后都恢復到原來的狀態(tài)，但并沒有完成其“逆過程”，因此不存在其外界是否“也恢復到原來狀態(tài)”的問題。一般說來，系統(tǒng)進行任何一種循環(huán)后都必然會在外界產(chǎn)生某種效應，如熱變功，制冷等，從而使外界有了變化。）工質及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出的功中是否要減去活塞排斥大氣功才是有用功？答：不需要。由于活塞也包含在系統(tǒng)內，既然系統(tǒng)完成的是循環(huán)過程，從總的結果看來活塞并未改變其位置，實際上不存在排斥大氣的作用。第2章 熱力學第一定律B隔板A自由膨脹剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如圖2-11所示。若

9、將隔板抽去，分析容器中空氣的熱力學能如何變化？若隔板上有一小孔，氣體泄漏人B中，分析A、B兩部分壓力相同時A、B兩部分氣體的比熱力學能如何變化？答: 定義容器內的氣體為系統(tǒng)，這是一個控制質量。由于氣體向真空作無阻自由膨脹，不對外界作功，過程功；容器又是絕熱的，過程的熱量，因此，根據(jù)熱力學第一定律，應有，即容器中氣體的總熱力學能不變，膨脹后當氣體重新回復到熱力學平衡狀態(tài)時，其比熱力學能亦與原來一樣，沒有變化；若為理想氣體，則其溫度不變。 當隔板上有一小孔，氣體從A泄漏人B中，若隔板為良好導熱體，A、B兩部分氣體時刻應有相同的溫度，當A、B兩部分氣體壓力相同時，A、B兩部分氣體處于熱力學平衡狀態(tài)，

10、情況像上述作自由膨脹時一樣，兩部分氣體將有相同的比熱力學能，按其容積比分配氣體的總熱力學能；若隔板為絕熱體，則過程為A對B的充氣過程，由于A部分氣體需對進入B的那一部分氣體作推進功，充氣的結果其比熱力學能將比原來減少，B部分氣體的比熱力學能則會比原來升高，最終兩部分氣體的壓力會達到平衡，但A部分氣體的溫度將比B部分的低（見習題4-22）。熱力學第一定律的能量方程式是否可寫成的形式，為什么？答：熱力學第一定律的基本表達式是：過程熱量 = 工質的熱力學能變化 + 過程功第一個公式中的Pv并非過程功的正確表達，因此該式是不成立的；熱量和功過程功都是過程的函數(shù)，并非狀態(tài)的函數(shù)，對應于狀態(tài)1和2并不存在

11、什么q1、q2和w1、w2；對于過程1-2并不存在過程熱量和過程功，因此第二個公式也是不成立的。.熱力學第一定律解析式有時寫成下列兩種形式：分別討論上述兩式的適用范圍。答：第一個公式為熱力學第一定律的最普遍表達，原則上適用于不作宏觀運動的一切系統(tǒng)的所有過程；第二個表達式中由于將過程功表達成，這只是對簡單可壓縮物質的可逆過程才正確，因此該公式僅適用于簡單可壓縮物質的可逆過程。.為什么推動功出現(xiàn)在開口系能量方程式中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中？答：當流體流動時，上游流體為了在下游占有一個位置，必須將相應的下游流體推擠開去，當有流體流進或流出系統(tǒng)時，上、下游流體間的這種推擠關系，就會在系統(tǒng)與外界之

12、間形成一種特有的推動功（推進功或推出功）相互作用。反之，閉口系統(tǒng)由于不存在流體的宏觀流動現(xiàn)象，不存在上游流體推擠下游流體的作用，也就沒有系統(tǒng)與外間的推動功作用，所以在閉口系統(tǒng)的能量方程式中不會出現(xiàn)推動功項。.穩(wěn)定流動能量方程式（2-16）是否可應用于活塞式壓氣機這種機械的穩(wěn)定工況運行的能量分析？為什么？答：可以。就活塞式壓氣機這種機械的一個工作周期而言，其工作過程雖是不連續(xù)的，但就一段足夠長的時間而言（機器的每一工作周期所占的時間相對很短），機器是在不斷地進氣和排氣，因此，對于這種機器的穩(wěn)定工作情況，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的能量方程是適用的。.開口系實施穩(wěn)定流動過程，是否同時滿足下列三式：上述三式中W、Wt

13、和Wi的相互關系是什么?答：是的，同時滿足該三個公式。第一個公式中dU指的是流體流過系統(tǒng)時的熱力學能變化，dW是流體流過系統(tǒng)的過程中對外所作的過程功；第二個公式中的dWt指的是系統(tǒng)的技術功；第三個公式中的dWi指的是流體流過系統(tǒng)時在系統(tǒng)內部對機器所作的內部功。對通常的熱工裝置說來，所謂“內部功”與機器軸功的區(qū)別在于前者不考慮機器的各種機械摩擦，當為可逆機器設備時，兩者是相等的。從根本上說來，技術功、內部功均來源于過程功。過程功是技術功與流動功（推出功與推進功之差）的總和；而內部功則是從技術功中扣除了流體流動動能和重力位能的增量之后所剩余的部分。圖2-12 合流 幾股流體匯合成一股流體稱為合流，

14、如圖2-12所示。工程上幾臺壓氣機同時向主氣道送氣，以及混合式換熱器等都有合流的問題。通常合流過程都是絕熱的。取1-1、2-2和3-3截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式，并導出出口截面上焓值h3的計算式。答：認為合流過程是絕熱的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，系統(tǒng)不作軸功，并忽略流體的宏觀動能和重力位能。對所定義的系統(tǒng)，由式(2-28)應有能量平衡第3章 理想氣體的性質怎樣正確看待“理想氣體”這個概念？在進行實際計算時如何決定是否可采用理想氣體的一些公式？答：理想氣體并非實際存在的氣體。它只是通常氣體的一種抽象物，當實際氣體壓力趨于零，比體積趨于無限大時才表現(xiàn)出理想氣體性質。相對通常的壓力和溫度而言，當實

15、際氣體的溫度較高，壓力較低，而計算精度要求又不是太高時，可以采用理想氣體的一些公式對之進行計算。氣體的摩爾體積Vm是否因氣體的種類而異？是否因所處狀態(tài)不同而異？任何氣體在任意狀態(tài)下摩爾體積是否都是0.022414m3/mol？答：同溫同壓下，任何1摩爾氣體都具有相同的容積。但是，若氣體的狀態(tài)不同，其摩爾體積并不相同，只在標準狀況下氣體的千摩爾體積才等于22.4 m3/kmol 。摩爾氣體常數(shù)R的值是否隨氣體的種類不同或狀態(tài)不同而異？答：摩爾氣體常數(shù)R的值恒等于8.3143 kJ/(kmol·K)，不因氣體的種類不同或狀態(tài)不同而異。如果某種工質的狀態(tài)方程式為Pv = RgT，那么這種工

16、質比熱容、熱力學能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？答：理想氣體的狀態(tài)方程式為Pv = RgT，服從這一方程的氣體均屬理想氣體。按照理想氣體模型，其熱力學能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)。理想氣體的比熱容與過程的性質有關，也與溫度有關，對于一定的過程而言，理想氣體的比熱容僅是溫度的函數(shù)。對于一種確定的理想氣體，(cp - cv)是否等于定值？cp/cv是否為定值？在不同溫度下(cp - cv)、cp/cv是否總是同一定值？答：根據(jù)邁耶公式，cp - cv = Rg，對于一種確定的理想氣體Rg是一常數(shù)，不因溫度變化而改變。熱容比cp/cv則不同，它與氣體的種類有關，而且，對于一種確定的理想氣體它還與氣體的溫度有

17、關，隨溫升高而降低。邁耶公式cp - cv = Rg 是否適用于理想氣體混合物？是否適用于實際氣體？答：邁耶公式cp - cv = Rg也適用于理想氣體混合物，這時式中的cp 、 cv 應是混合氣體的定壓比熱容和定容比熱容，對于質量比熱容，應有cp = wicp,i ， cv = wicv,i ； Rg是混合氣體的折算氣體常數(shù)，Rg = wiRg,i 。以上wi 為混合氣體的質量分數(shù)。邁耶公式根據(jù)理想氣體的熱力學能和焓為溫度的單值函數(shù)這一性質導出，不適用于實際氣體。試論證熱力學能和焓是狀態(tài)參數(shù)。理想氣體熱力學能和焓有何特點？答：所謂熱力學能是指因物質內部分子作熱運動的所具有的內動能，分子間存在

18、相互作用力而相應具有的內位能、維持一定分子結構的化學能、原子核內部的原子能，以及電磁場作用下的電磁能等。在無化學反應、原子核反應的情況下，物質的化學能和原子核能無變化，可不予考慮，物質的熱力學能變化僅包含內動能和內位能的變化。根據(jù)分子運動論和量子理論，普遍說來分子熱運動所具有的內動能是溫度的函數(shù)，而內位能則是溫度和比體積的函數(shù)，即物質的熱力學能是物質的狀態(tài)參數(shù)。熱力學能是狀態(tài)參數(shù)的論證12abc根據(jù)熱力學第一定律，工質從狀態(tài)1經(jīng)某種熱力過程變化到狀態(tài)2時，有能量平衡關系從另一方面說來，當工質經(jīng)歷熱力循環(huán)時，應有循環(huán)的凈熱量等于循環(huán)的凈功：即如此，對于如圖所示的1a2c1和1b2c1兩個熱力循環(huán)

19、，應有及對比兩式，可見由熱力學第一定律的表達式，根據(jù)式及有及這表明積分函數(shù)dU的求積結果與路徑無關，即dU是某個狀態(tài)參數(shù)的全微分，可見熱力學能U為狀態(tài)參數(shù)。 氣體有兩個獨立的參數(shù)，u或h可以表示為P和v的函數(shù)，即u = fu(P, v)。但又曾得出結論，理想氣體的熱力學能、焓只取決于溫度，這兩點是否矛盾？為什么？答：不矛盾。根據(jù)理想氣體模型，理想氣體的分子只有內動能，不存在內位能，其熱力學能僅包含內動能，因此其熱力學能u只是溫度的函數(shù)。焓參數(shù)h的定義為h = u+ Pv，由于理想氣體遵循狀態(tài)方程Pv = RgT，可見理想氣體的焓參數(shù)也僅為溫度的函數(shù)。另一方面，從狀態(tài)方程看理想氣體的溫度T應是其

20、壓力P和比體積v的函數(shù)，因而熱力學能u和焓參數(shù)h也可以表達為壓力P和比體積v的函數(shù)。一個狀態(tài)參數(shù)是另一個狀態(tài)參數(shù)的單值函數(shù)，這說明兩者間具有一種特殊的同一關系，相互間不是獨立的。實際上氣體的狀態(tài)是不可能由這兩者來共同確定的，要確定氣體的狀態(tài)必須給出兩個獨立參數(shù)，這是普遍的關系。為什么工質的熱力學能、焓、熵為零的基準可以任選？理想氣體的熱力學能或焓的參照狀態(tài)通常選定哪個或哪些個狀態(tài)參數(shù)值？對理想氣體的熵又如何？答：由于熱工計算中通常只是需要知道工質的熱力學能、焓或熵的變化值，因此無需追究他們的絕對值，只要選定參照狀態(tài)作為基準，為之確定相對值就可以了。理想氣體通常取熱力學溫度為零(0 K)，或攝氏

21、溫度為零時(0 )的狀態(tài)作為基準狀態(tài)，令此時的熱力學能和焓參數(shù)為零，以確定其它狀態(tài)下的相對值；氣體的熵參數(shù)通常取0K，0.1013MPa為參照狀態(tài)，令氣體在該狀態(tài)下的熵參數(shù)相對值為零。.氣體熱力性質表中的u、h及so的基準是什么狀態(tài)？答：這時的基準狀態(tài)是熱力學溫度為零(0 K)。在圖3-8所示T-s圖上任意可逆過程1-2的熱量如何表示？理想氣體在1和2狀態(tài)間的熱力學能變化量、焓變化量如何表示？若1-2經(jīng)過的是不可逆過程又如何？答：對于可逆過程1-2，過程熱量可用過程曲線與橫軸s之間所夾的面積來表示；Ts123定容線圖附一Ts123定壓線圖附二由于理想氣體的熱力學能是溫度的單值函數(shù)，溫度相同時其

22、熱力學能相同，圖附一中點3與點2溫度相同，因此其熱力學能相同。又因可逆定容過程的熱量等于熱力學能增量，因此圖中所示定容線1-3下面帶陰影線部分的面積代表理想氣體過程12的熱力學能變化。作圖方法：過點1作定容過程線；過點2作定溫線與定容線交于點3。定容過程13的過程線與橫軸s間所夾的面積即為過程12的熱力學能變化。由于理想氣體的焓是溫度的單值函數(shù)，溫度相同時其焓相同，圖附二中點3與點2溫度相同，因此其焓相同。又因可逆定壓過程的熱量等于焓增量，因此圖中所示定壓線1-3下面帶陰影線部分的面積代表理想氣體過程12的焓變化。作圖方法：過點1作定壓過程線；過點2作定溫線與定壓線交于點3。定壓過程13的過程

23、線與橫軸s間所夾的面積即為過程12的焓變化。若1-2過程為不可逆過程，則其熱量不能以過程曲線下面的面積來表示，原則上在T-s圖上表示不出來。不過由于熱力學能和焓為狀態(tài)參數(shù)，1、2之間的熱力學能和焓的變化量不因過程1-2的性質而改變，因此熱力學能和焓的變化表示方法仍如前述。理想氣體熵變計算式(3-34a)、(3-35a)、(3-36a)、(3-37a)等是由可逆過程導出的，這些計算式是否可用于不可逆過程初、終態(tài)的熵變計算？為什么？答：可以。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要初、終狀態(tài)相同，不論經(jīng)歷何種過程工質的熵變應相同，因此以上4式對理想氣體的任何過程都適用。熵的數(shù)學定義式為，比熱容的定義式為，故有。由此認為

24、：理想氣體的比熱容是溫度的單值的函數(shù)，所以理想氣體的熵也是溫度的單值函數(shù)。試問這一結論是否正確？若不正確，錯在何處？答：此結論不正確。理想氣體的比熱容是與過程性質有關的一個物理量，對于不同性質的過程氣體有不同的比熱容，如定壓比熱容、定容比熱容等，因此，正確地應該說一定的過程中理想氣體的比熱容是溫度的單值的函數(shù)。可見簡單地根據(jù)比熱容的定義推斷出氣體的比熱容只是溫度的單值函數(shù)，從而熵參數(shù)也只是溫度的函數(shù)是不對的。試判斷下列各說法是否正確： 氣體吸熱后熵一定增大； 氣體吸熱后溫度一定升高； 氣體吸熱后熱力學能一定升高； 氣體膨脹時一定對外作功； 氣體壓縮時一定耗功。答：說法正確。由系統(tǒng)（CM）的熵方

25、程DS = Sf + Sg，根據(jù)熵產(chǎn)原理，過程的熵產(chǎn)Sg永遠為正值。而系統(tǒng)吸熱時其熱熵流Sf亦為正值，故氣體吸熱后熵一定增大。說法不正確。氣體的熱力學能僅為溫度的函數(shù)，氣體溫度升高時其熱力學能一定增大。由熱力學第一定律Q = DU + W，即DU = Q - W，DU值為正或為負要由Q 和 W共同決定，系統(tǒng)吸熱時Q雖為正值，但若系統(tǒng)對外界所的作功（正值）大于吸熱量時，其熱力學能的變化DU值將有可能成為負值，這時氣體的溫度將降低說法不正確。理由同。說法不正確?？赡孢^程中氣體的過程功為W = PdV，式中氣體的壓力為正值，氣體膨脹時dV亦為正值，故W一定等于正值氣體對外作功。但過程若不可逆，譬如氣

26、體向真空作自由膨脹時因無需克服外力，其過程功當為零。說法正確。氣體本身有壓力，令氣體壓縮，體積變小，外界必須克服氣體的壓力移動其邊界，因而無論過程可逆與否都要外界對氣體作功。道爾頓分壓定律和亞美格分體積定律是否適用于實際氣體混合物？答：不適用。所說的兩個定律都是根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程導出的，應而不適用于實際氣體混合物?；旌蠚怏w中如果已知兩種組分A和B的摩爾分數(shù)xA > xB，能否斷定質量分數(shù)也是wA > wB？答：不能。由于質量分數(shù)（份額）與摩爾分數(shù)的關系為可見兩種組分的質量成分之比除與摩爾成分有關外，還與它們的摩爾質量（或氣體常數(shù)）的大小有關。第4章 理想氣體的熱力過程1. 分析氣

27、體的熱力過程要解決哪些問題？用什么方法解決？試以理想氣體的定溫過程為例說明之。答：分析氣體的熱力過程要解決的問題是：揭示過程中氣體的狀態(tài)（參數(shù)）變化規(guī)律和能量轉換的情況，進而找出影響這種轉換的主要因素。分析氣體熱力過程的具體方法是：將氣體視同理想氣體；將具體過程視為可逆過程，并突出具體過程的主要特征，理想化為某種簡單過程；利用熱力學基本原理、狀態(tài)方程、過程方程，以及熱力學狀態(tài)坐標圖進行分析和表示。對于理想氣體的定溫過程（從略）2. 對于理想氣體的任何一種過程,下列兩組公式是否都適用：答：因為理想氣體的熱力學能和焓為溫度的單值函數(shù)，只要溫度變化相同，不論經(jīng)歷任何過程其熱力學能和焓的變化都會相同，

28、因此，所給第一組公式對理想氣體的任何過程都是適用的；但是第二組公式是分別由熱力學第一定律的第一和第二表達式在可逆定容和定壓條件下導出，因而僅分別適用于可逆的定容或定壓過程。就該組中的兩個公式的前一段而言適用于任何工質，但對兩公式后一段所表達的關系而言則僅適用于理想氣體。3. 在定容過程和定壓過程中，氣體的熱量可根據(jù)過程中氣體的比熱容乘以溫差來計算。定溫過程氣體的溫度不變，在定溫膨脹過程中是否需對氣體加入熱量？如果加入的話應如何計算？答：在氣體定溫膨脹過程中實際上是需要加入熱量的。定溫過程中氣體的比熱容應為無限大，應而不能以比熱容和溫度變化的乘積來求解，最基本的求解關系應是熱力學第一定律的基本表

29、達式：q = u + w 。4. 過程熱量q和過程功都是過程量，都和過程的途徑有關。由定溫過程熱量公式，可見，只要狀態(tài)參數(shù)P1、v1和v2確定了，q的數(shù)值也確定了，是否q與途徑無關？答：否。所說的定溫過程熱量計算公式利用理想氣體狀態(tài)方程、氣體可逆過程的過程功，以及過程的定溫條件獲得，因此僅適用于理想氣體的定溫過程。式中的狀態(tài)1和狀態(tài)2，都是指定溫路徑上的狀態(tài)，并非任意狀態(tài)，這本身就確定無疑地說明熱量是過程量，而非與過程路徑無關的狀態(tài)量。5. 在閉口熱力系的定容過程中，外界對系統(tǒng)施以攪拌功w，問這時Q = mcvdT是否成立？答：不成立。只是在內部可逆的單純加熱過程中（即無不可逆模式功存在時）才

30、可以通過熱容與溫度變化的乘積來計算熱量，或者原則地講，只是在在可逆過程中（不存在以非可逆功模式做功的時候）才可以通過上述熱量計算公式計算熱量。對工質施以攪拌功時是典型的不可逆過程。6. 試說明絕熱過程的過程功w和技術功wt的計算式是否只限于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過程？為什么？答：以上兩式僅根據(jù)絕熱條件即可由熱力學第一定律的第一表達式及第二表達式導出，與何種工質無關，與過程是否可逆無關。7. 試判斷下列各種說法是否正確：(1)定容過程即無膨脹(或壓縮)功的過程；(2)絕熱過程即定熵過程；(3)多變過程即任意過程。答：膨脹功（壓縮功）都是容積（變化）功，定容過程是一種系統(tǒng)比體積不變，對控制質

31、量或說系統(tǒng)容積不變的過程，因此說定容過程即無膨脹(或壓縮)功的過程是正確的；絕熱過程指的是系統(tǒng)不與外界交換熱量的過程。系統(tǒng)在過程中不與外界交換熱量，這僅表明過程中系統(tǒng)與外界間無伴隨熱流的熵流存在，但若為不可逆過程，由于過程中存在熵產(chǎn)，則系統(tǒng)經(jīng)歷該過程后會因有熵的產(chǎn)生而發(fā)生熵的額外增加，實際上只是可逆的絕熱過程才是定熵過程，而不可逆的絕熱過程則為熵增大的過程，故此說法不正確；多邊過程是指遵循方程Pvn = 常數(shù)（n為某一確定的實數(shù)）的那一類熱力過程，這種變化規(guī)律雖較具普遍性，但并不包括一切過程，因此說多變過程即任意過程是不正確的。8. 參照圖4-15，試證明：q1-2-3 q1-4-3 。圖中1

32、-2、4-3為定容過程，1-4、2-3為定壓過程。答：由于其中w1-2、w4-3為定容過程功，等于零；w2-3、w1-4為定壓過程功，等于。由于故（另一方面，P-v圖上過程曲線與橫軸v之間所夾的面積代表過程功，顯見 w1-2 = w4-3 = 0；w2-3 > w4-3，即w1-2-3 > w1-4-3）。根據(jù)熱力學第一定律：對熱力學狀態(tài)參數(shù)u，應有可見9. 如圖4-16所示，今有兩個任意過程a -b及a -c，其中b、c在同一條絕熱線上。試問uab與uac哪個大？若b、c在同一條定溫線上，結果又如何？答：由于b、c在同一條絕熱線上，過程b-c為絕熱膨脹過程，由熱力學第一定律，有過

33、程中系統(tǒng)對外作膨脹功，wbc >0，故有ub > uc因此，應有若b、c在同一條定溫線上，根據(jù)理想氣體的熱力性質，則有10. 在T-s圖上如何表示絕熱過程的技術功wt和膨脹功w？答：根據(jù)熱力學第一定律，絕熱過程的技術功wt和過程功w分別應等于過程的焓增量和熱力學能增量的負值，因此，在T-s圖上絕熱過程技術功wt和膨脹功w的表示，實際上就是過程的焓增量和熱力學能增量的表示。具體方法為：（見第3章思考題11）11. 在P-v圖和T-s圖上如何判斷過程中q、w、u、h的正負？答：當過程曲線分別指向絕熱線、定容線、定溫線的右側時q、w、u、h值為正；反之為負。第5章 熱力學第二定律1. 熱

34、力學第二定律能否表達為：“機械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變?yōu)闄C械能?！边@種說法有什么不妥當？答：熱力學第二定律的正確表述應是：熱不可能全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響。所給說法中略去了“其它影響”的條件，因而是不妥當、不正確的。2. 自發(fā)過程是不可逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程，這一說法是否正確？答：此說法不正確。自發(fā)過程具有方向性，因而必定是不可逆的；非自發(fā)過程是在一定補充條件下發(fā)生和進行的過程，雖然從理論上說來也許可以做到可逆，但事實上實際過程都不可逆，因為不可逆因素總是避免不了的。3. 請給“不可逆過程”一個恰當?shù)亩x。熱力過程中有哪幾種不可逆因素？答：所謂不可逆過程是指那種系統(tǒng)完成

35、逆向變化回復到原先狀態(tài)后，與其發(fā)生過相互作用的外界不能一一回復到原來狀態(tài)，結果在外界遺留下了某種變化的過程。簡單地講，不可逆過程就是那種客觀上會造成某種不可恢復的變化的過程。典型的不可逆因素有：機械摩擦、有限溫差下的傳熱、電阻、自發(fā)的化學反應、擴散、混合、物質從一相溶入另一相的過程等。4. 試證明熱力學第二定律各種說法的等效性：若克勞修斯說法不成立，則開爾文說法也不成立。 高溫熱源低溫熱源圖4A 熱機循環(huán)熱機Q1Q2W0高溫熱源低溫熱源圖4B 不可能的熱機循環(huán)熱機Q1Q2W0Q2證：熱力學第二定律的克勞修斯表述是：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從高溫物體傳至低溫物體。開爾文表述則為：不可能從單一熱

36、源取熱使之全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響。按照開爾文說法，遵循熱力學第二定律的熱力發(fā)動機其原則性工作系統(tǒng)應有如圖4A所示的情況。假設克勞修斯說法可以違背，熱量Q2可以自發(fā)地不付代價地從地溫物體傳至高溫物體，則應有如圖4B所示的情況。在這種情況下，對于所示的熱機系統(tǒng)當熱機完成一個循環(huán)時，實際上低溫熱源既不得到什么，也不失去什么，就如同不存在一樣，而高溫熱源實際上只是放出了熱量(Q1-Q2)，同時，熱力發(fā)動機則將該熱量全部轉變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響，即熱力學第二定律的開爾文說法不成立。5. 下述說法是否有錯誤： 循環(huán)凈功Wnet愈大則循環(huán)熱效率愈高； 不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率； 可逆循

37、環(huán)的熱效率都相等，。 答：說法不對。循環(huán)熱效率的基本定義為：，循環(huán)的熱效率除與循環(huán)凈功有關外，尚與循環(huán)吸熱量Q1的大小有關；說法不對。根據(jù)卡諾定理，只是在“工作于同樣溫度的高溫熱源和同樣溫度的低溫熱源間”的條件下才能肯定不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)，離開了這一條件結論就不正確；說法也不正確。根據(jù)卡諾定理也應當是在“工作于同樣溫度的高溫熱源和同樣溫度的低溫熱源間”的條件下才能肯定所有可逆循環(huán)的熱效率都相等，而且與工質的性質與關，與循環(huán)的種類無關。如果式中的溫度分別采用各自的放熱平均溫度和吸熱平均溫度則公式就是正確的，即，不過這種情況下也不能說是“所有可逆循環(huán)的熱效率都相等”，只能說所有可逆

38、循環(huán)的熱效率表達方式相同。6. 循環(huán)熱效率公式和是否完全相同？各適用于哪些場合？答：不完全相同。前者是循環(huán)熱效率的普遍表達，適用于任何循環(huán)；后者是卡諾循環(huán)熱效率的表達，僅適用于卡諾循環(huán)，或同樣工作于溫度為T1的高溫熱源和溫度為T2的低溫熱源間的一切可逆循環(huán)。7. 與大氣溫度相同的壓縮空氣可以膨脹作功，這一事實是否違反了熱力學第二定律？答：不矛盾。壓縮空氣雖然與大氣有相同溫度，但壓力較高，與大氣不處于相互平衡的狀態(tài)，當壓縮空氣過渡到與大氣相平衡時，過程中利用系統(tǒng)的作功能力可以作功，這種作功并非依靠冷卻單一熱源，而是依靠壓縮空氣的狀態(tài)變化。況且，作功過程中壓縮空氣的狀態(tài)并不依循環(huán)過程變化。8. 下

39、述說法是否正確:. 熵增大的過程必定為吸熱過程： 熵減小的過程必為放熱過程； 定熵過程必為可逆絕熱過程。答：說法不對。系統(tǒng)的熵變來源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個部分，不可逆絕熱過程中工質并未從外界吸熱，但由于存在熵產(chǎn)工質的熵也會因而增大；說法是對的。系統(tǒng)的熵變來源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個部分，其中熵產(chǎn)必定是正值，因而僅當系統(tǒng)放熱，熱熵流為負值時，系統(tǒng)的熵值才可能減小；這種說法原則上是不對的。系統(tǒng)的熵變來源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個部分，其中熵產(chǎn)必定是正值，對于不可逆的放熱過程，其熱熵流為負值，當熱熵流在絕對數(shù)值上恰好與熵產(chǎn)一樣時，過程將成為定熵的。因此：可逆的絕熱過程為定熵過程，而定熵過程卻不一定是絕熱過程。9. 下

40、述說法是否有錯誤： 熵增大的過程必為不可逆過程； 使系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程； 熵產(chǎn)Sg > 0的過程必為不可逆過程； 不可逆過程的熵變DS無法計算； 如果從同一初始態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑，一為可逆，另一為不可逆，則、； 不可逆絕熱膨脹的終態(tài)熵大于初態(tài)熵，S2>S1，不可逆絕熱壓縮的終態(tài)熵小于初態(tài)熵S2<S1； 工質經(jīng)過不可逆循環(huán)有；。答：說法不正確。系統(tǒng)的熵變來源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個部分，其中熵產(chǎn)必定是正值（含零），熱熵流則可為正值，亦可為負值。當系統(tǒng)吸熱時熱熵流為正值，即便是可逆過程（熵產(chǎn)為零）系統(tǒng)的熵也增大；此說法與是一樣的。如果所說的“系統(tǒng)”指的是孤立系統(tǒng)則說法是

41、正確的。不過實在不應該這樣含糊“系統(tǒng)”這一概念！根據(jù)熵產(chǎn)原理，這一說法是正確的。此說法完全錯誤。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要過程的初、終狀態(tài)確定了，系統(tǒng)的熵變就完全確定，與過程無關。因此，不可逆過程熵變的計算方法之一便是借助同樣初、終狀態(tài)的可逆過程來進行計算。至于利用熵的一般關系式進行熵變計算，它們根本就與過程無關。 根據(jù)熵為狀態(tài)參數(shù)知，兩種過程的端點狀態(tài)相同時應有相同的熵變，認為是錯誤的；不可逆過程將有熵產(chǎn)生，而可逆過程則不會產(chǎn)生熵，因此說是正確的；熵是狀態(tài)參數(shù)，過程端點狀態(tài)相同時應有相同熵變，由系統(tǒng)熵方程，過程可逆時；不可逆時，式中，可見應有，而不是。此說法不對。根據(jù)熵產(chǎn)原理，系統(tǒng)經(jīng)歷不可逆絕熱過程

42、后，無論是膨脹或受壓縮，其熵都將增大。由熵為狀態(tài)參數(shù)知，工質經(jīng)過循環(huán)過程后其熵應不變，所以認為是不正確的；根據(jù)克勞修斯不等式知，是正確的。10. 從點a開始有兩個可逆過程：:定容過程a-b和定壓過程a-c，b、c兩點在同一條絕熱線上（見圖5-33），問qa-b和qa-c哪個大？并在T-s圖上表示過程a-b、a-c及qa-b、qa-c 。（提示：:可根據(jù)循環(huán)a-b-c-a考慮。）答：根據(jù)循環(huán)a-b-c-a的情況應是正循環(huán)，即循環(huán)的吸熱量應大于循環(huán)的放熱量（指絕對值）。其中qa-b為循環(huán)的吸熱量，qc-a為循環(huán)的放熱量，由此，知sTcbasasbqa-b > qa-c在T-s圖上qa-b的大小如面積abcsbsaa所示；q