工程熱力學(xué)思考題答案,第三章

1、第三章 理想氣體的性質(zhì)1. 怎樣正確看待“理想氣體”這個概念？在進行實際計算是如何決 定是否可采用理想氣體的一些公式？答：理想氣體： 分子為不占體積的彈性質(zhì)點，除碰撞外分子間無作用 力。理想氣體是實際氣體在低壓高溫時的抽象， 是一種實際并不存在 的假想氣體。 判斷所使用氣體是否為理想氣體（ 1）依據(jù)氣體所處的 狀態(tài)（如：氣體的密度是否足夠小）估計作為理想氣體處理時可能引 起的誤差；（2）應(yīng)考慮計算所要求的精度。若為理想氣體則可使用理 想氣體的公式。2. 氣體的摩爾體積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 0.022414m 3 /mol? 答：氣

2、體的摩爾體積在同溫同壓下的情況下不會因氣體的種類而異； 但因所處狀態(tài)不同而變化。 只有在標準狀態(tài)下摩爾體積為 0.022414m 3 /mol3. 摩爾氣體常數(shù) R 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)不因氣體的種類及狀態(tài)的不同而變化。4. 如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為 pv =RgT，那么這種工質(zhì)的比熱容、 熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？ 答：一種氣體滿足理想氣體狀態(tài)方程則為理想氣體，那么其比熱容、 熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)。C5. 對于一種確定的理想氣體， （Cp Cv）是否等于定值？ Cp 是否為定p vCvC值？在不同溫度下 (Cp Cv)、Cp 是否總是同

3、一定值？CvC 答：對于確定的理想氣體在同一溫度下 (Cp Cv )為定值， Cp 為定值 p vCv在不同溫度下 (Cp Cv)為定值， CCvp 不是定值。6. 麥耶公式 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：邁耶公式的推導(dǎo)用到理想氣體方程， 因此適用于理想氣體混合物 不適合實際氣體。7. 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(jié)論，理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵只取決 于溫度，這兩點是否矛盾？為什么？ 答：不矛盾。實際氣體有兩個獨立的參數(shù)。理想氣體忽略了分子間的 作用力，所以只取決于溫度。8.

4、為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、 焓、熵為零的基準可以任選？理想氣體的 熱力學(xué)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：在工程熱力學(xué)里需要的是過程中熱力學(xué)能、焓、熵的變化量。熱 力學(xué)能、焓、熵都只是溫度的單值函數(shù)，變化量的計算與基準的選取 無關(guān)。熱力學(xué)能或焓的參照狀態(tài)通常取 0K 或 0時焓時為 0，熱力 學(xué)能值為 0 。熵的基準狀態(tài)取 p0=101325Pa、T0=0K 熵值為 0 。9. 氣體熱力性質(zhì)表中的 h、u及 s0的基準是什么狀態(tài)？ 答：氣體熱力性質(zhì)表中的 h、u 及 s0的基準是什么狀態(tài) (T0, P0 ) T0 0K p0 101325 Pa。10.

5、在如圖 3-1 所示的 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(xué)能變化量、 焓變化量如何表 示？若在 1-2 經(jīng)過的是不可逆過程又如何？答：圖 3-2 中陰影部分面積為多變過程 1-2 的熱量。 對于多變 過程其熱力學(xué)能變化量及焓變化量可由下面兩式計算得到：u cv(T2 T1) cv (T2* T1) qv,1 2h cp(T2 T1) c p (T2* T1) qp,1 2過初始狀態(tài)點，做定容線 2- 2'，圖 3-3 中陰影部分面積為多變過 程 1-2 的熱力學(xué)能變化量。過初始狀態(tài)點，做定壓線 2- 2'，圖 3-4 中陰

6、影部分面積為多變過 程 1-2 的焓變化量 。若為不可逆過程，熱力學(xué)能、焓不變?nèi)缟蠄D。熱量無法在圖中表示出 來。11. 理想氣體熵變計算式( 3-39)、(3-41) 、(3-43) 等是由可逆過程導(dǎo) 出的，這些計算式是否可用于不可逆過程初、 終態(tài)的熵變？為什么？ 答：可以。因為熵是狀態(tài)參數(shù)，只與初終狀態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。12. 熵的數(shù)學(xué)定義式為 ds qrev ，比熱容的定義式為 q cdT ，故 Tds cdTT 理想氣體的比熱容是溫度的單值函數(shù)，所以理想氣體的熵也 是溫度的單值函數(shù)。這一結(jié)論是否正確？若不正確，錯在何處？答 ds qrev 中， qrev 為一微元可逆變化過程中與熱源交換

7、的熱量，而T revq cdT 中 q為工質(zhì)溫度升高 dT所吸收的熱量， 他們是不能等同的， 所以這一結(jié)論是錯誤的。13. 是判斷下列說法是否正確： （ 1）氣體吸熱后熵一定增大（ ）。（2） 氣體吸熱后溫度一定升高 （ ）。（3）氣體吸熱后熱力學(xué)能一定升高 （ ）。 （ 4）氣體膨脹時一定對外做功（ ）（ 5）氣體壓縮時一定耗功（ ） 答：（1）（×）（2）（×） （3）（×） （4）（×）（5）（）14. 氮、氧、氨這樣的工質(zhì)是否和水一樣也有飽和狀態(tài)的概念，也存 在臨界狀態(tài)？ 答：水的汽液飽和狀態(tài)可以推廣到所有的存物質(zhì)， 并且這種液相和氣 相動態(tài)平衡

8、的概念也可以推廣到固相和氣相及固相和液相， 他們的飽 和壓力與飽和溫度也是一一對應(yīng)的。因此氮、氧、氨為存物質(zhì)，也有 飽和狀態(tài)的概念，也存在臨界狀態(tài)。15水的三相點的狀態(tài)參數(shù)是不是唯一確定的？三相點與臨界點有什 么差異？ 答：水的三相點狀態(tài)參數(shù)不是唯一的，其中溫度、壓力是定值而比體 積不是定值；臨界點是唯一的，其比體積、溫度、壓力都是確定的； 三相點是三相共存的點， 臨界點是飽和水線與飽和蒸汽線的交點， 在 該點飽和水線與飽和蒸汽線不再有分別。16水的汽化潛熱是否為常數(shù)？有什么變化規(guī)律？ 答：水的汽化潛熱與壓力有關(guān)，在一定的范圍內(nèi)壓力增加，汽化潛熱 減小，當壓力達到臨界點以上時，汽化潛熱為 0 17水在定壓過程中，溫度維持不變，因此，根據(jù) q u w 有人認為 過程中的熱量等于膨脹功，即 q w ，對不對？為什么？ 答：這種說法是不對的。因為溫度不變不表示熱力學(xué)能不變。這里分 析的是水， 定壓汽化有相變， 不能作為理想氣體來處理， 所以 u 0 。 不能得到 q w 這樣的結(jié)果。18有人認為熱力學(xué)第一定律解析式 q dh vdp和比熱容定義