工程熱力學(xué)思考題答案

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(gè)概念？在進(jìn)行實(shí)際計(jì)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(diǎn)，除碰撞外分子間無(wú)作用力。理想氣體是實(shí)際氣體在低壓高溫時(shí)的抽象，是一種實(shí)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?。┕烙?jì)作為理想氣體處理時(shí)可能引起的誤差；（2）應(yīng)考慮計(jì)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(lèi)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：氣體的摩爾體積在同溫同壓

2、下的情況下不會(huì)因氣體的種類(lèi)而異；但因所處狀態(tài)不同而變化。只有在標(biāo)準(zhǔn)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(lèi)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(lèi)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(mǎn)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)。 5.對(duì)于一種確定的理想氣體，是否等于定值？是否為定值？在不同溫度下、是否總是同一定值？ 答：對(duì)于確定的理想氣體在同一溫度下為定值，為定值。在不同溫度下為定值，不是定值。6.

3、麥耶公式是否適用于理想氣體混合物？是否適用于實(shí)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(shí)際氣體。 7.氣體有兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，u(或 h)可以表示為 p 和 v 的函數(shù)，即。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(diǎn)是否矛盾？為什么？ 答：不矛盾。實(shí)際氣體有兩個(gè)獨(dú)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.為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓、熵為零的基準(zhǔn)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(gè)或哪些個(gè)狀態(tài)參數(shù)值？對(duì)理想氣體的熵又如何？ 答：在工程熱力學(xué)里需要的是過(guò)程中熱力學(xué)能、焓、熵的變化量。熱力學(xué)能、焓、熵都只是溫

4、度的單值函數(shù)，變化量的計(jì)算與基準(zhǔn)的選取無(wú)關(guān)。熱力學(xué)能或焓的參照狀態(tài)通常取 0K 或 0時(shí)焓時(shí)為0，熱力學(xué)能值為 0。熵的基準(zhǔn)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(zhǔn)是什么狀態(tài)？ 答：氣體熱力性質(zhì)表中的h、u及s0的基準(zhǔn)是什么狀態(tài) Pa。10.在如圖 3-1 所示的 T-s 圖上任意可逆過(guò)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(guò)的是不可逆過(guò)程又如何？ 答：圖 3-2 中陰影部分面積為多變過(guò)程 1-2 的熱量。 對(duì)于多變過(guò)程其熱力學(xué)能變化量及焓變化量可由下面兩式計(jì)算得到：

5、過(guò)初始狀態(tài)點(diǎn)，做定容線 2-2，圖 3-3 中陰影部分面積為多變過(guò)程 1-2 的熱力學(xué)能變化量。 過(guò)初始狀態(tài)點(diǎn)，做定壓線 2-2，圖 3-4 中陰影部分面積為多變過(guò)程 1-2 的焓變化量 。 若為不可逆過(guò)程，熱力學(xué)能、焓不變?nèi)缟蠄D。熱量無(wú)法在圖中表示出來(lái)。 11.理想氣體熵變計(jì)算式（3-39）、(3-41)、(3-43)等是由可逆過(guò)程導(dǎo)出的，這些計(jì)算式是否可用于不可逆過(guò)程初、終態(tài)的熵變？為什么？ 答：可以。因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)，只與初終狀態(tài)有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān)。 12.熵的數(shù)學(xué)定義式為，比熱容的定義式為，故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

6、，錯(cuò)在何處？ 答中，為一微元可逆變化過(guò)程中與熱源交換的熱量，而中 為工質(zhì)溫度升高所吸收的熱量，他們是不能等同的，所以這一結(jié)論是錯(cuò)誤的。 13.是判斷下列說(shuō)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(shí)一定對(duì)外做功（ ）（5）氣體壓縮時(shí)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(dòng)態(tài)平衡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

7、壓力與飽和溫度也是一一對(duì)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(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是不是唯一確定的？三相點(diǎn)與臨界點(diǎn)有什么差異？答：水的三相點(diǎn)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(diǎn)是唯一的，其比體積、溫度、壓力都是確定的；三相點(diǎn)是三相共存的點(diǎn)，臨界點(diǎn)是飽和水線與飽和蒸汽線的交點(diǎn)，在該點(diǎn)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(dāng)壓力達(dá)到臨界點(diǎn)以上時(shí)，汽化潛熱為017水在定壓過(guò)程中，溫度維持不變，因此，根據(jù)有人認(rèn)為過(guò)程中的熱量等于膨脹功，即，對(duì)不對(duì)？為什么？答：這種說(shuō)法是不對(duì)的。因?yàn)闇囟炔蛔儾槐硎緹崃W(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(lái)處理，所以。不能得到這