工程熱力學課后思考題答案--第四版-沈維道-童鈞耕主編-高等教育出版社

1、文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.1閉口系與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定，那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎？不一定，穩(wěn)定流動系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也保持恒定。2有人認為開口系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對不對，為什么？不對，絕熱系的絕熱是指熱能單獨通過系統(tǒng)邊界進行傳遞（傳熱量），隨物質(zhì)進出的熱能（準確地說是熱力學能）不在其中。3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)一定是穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定狀態(tài)則不一定是平衡狀態(tài)。1文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.wor

2、d 版本可編輯 .歡迎下載支持.4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？絕對壓力計算公式p=pb+pg(p> pb), p= pb-pv(p< pb)pbpg2中，當?shù)卮髿鈮菏欠癖豴g1當?shù)卮髿鈮簆b 改p =p+p12g2境大氣壓。定是環(huán)境大氣壓？變，壓力表讀數(shù)就會改變。當?shù)卮髿鈮簆b 不一定是環(huán)p =p+pb1g15溫度計測溫的基本原理是什么？4 題圖熱力學第零定律The zeroth law of thermodynamicsenables us to measure temperature.In order to measuretemper

3、ature of body A, we compare body C a thermometer with body A andtemperature scales (溫度的標尺，簡稱溫標 ) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature.Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.6經(jīng)驗溫標的缺點是什么？為什么？不同測溫物質(zhì)的測溫結果有較大的誤差，

4、因為測溫結果依賴于測溫物質(zhì)的性質(zhì)。2文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.7促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？舉例說明。有勢差（溫度差、壓力差、濃度差、電位差等等）存在。8分別以圖 1-20 所示的參加公路自行車賽的運動員、運動手槍中的壓縮空氣、杯子里的熱水和正在運行的電視機為研究對象，說明這些是什么系統(tǒng)。參加公路自行車賽的運動員是開口系統(tǒng)、運動手槍中的壓縮空氣是閉口絕熱系統(tǒng)、杯子里的熱水是開口系統(tǒng)（閉口系統(tǒng) 忽略蒸發(fā)時）、正在運行的電視機是閉口系統(tǒng)。9家用電熱水器是利用電加熱水的家用設備，通常其表面散熱可忽略。取

5、正在使用的家用電熱水器為電流熱水傳熱熱水傳熱冷水冷水a(chǎn)b9 題圖3文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.控制體（但不包括電加熱器），這是什么系統(tǒng)？把電加熱器包括在研究對象內(nèi)，這是什么系統(tǒng)？什么情況下能構成孤立系統(tǒng)？不包括電加熱器為開口（不絕熱）系統(tǒng)（a 圖）。包括電加熱器則為開口絕熱系統(tǒng)（b 圖）。將能量傳遞和質(zhì)量傳遞（冷水源、 熱水匯、 熱源、電源等） 全部包括在內(nèi)，構成孤立系統(tǒng)?；蛘哒f，孤立系統(tǒng)把所有發(fā)生相互作用的部分均包括在內(nèi)。10分析汽車動力系統(tǒng)（圖1-21）與外界的質(zhì)能交換情況。吸入空氣， 排出煙氣，

6、 輸出動力 （機械能） 以克服阻力， 發(fā)動機水箱還要大量散熱。不考慮燃燒時，燃料燃燒是熱源，燃氣工質(zhì)吸熱；系統(tǒng)包括燃燒時，油料發(fā)生減少。11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)？經(jīng)歷一個不可逆過程后，系統(tǒng)可以恢復原來狀態(tài)，它將導致外界發(fā)生變化。包括系統(tǒng)和外界的整個大系統(tǒng)不能恢復原來狀態(tài)。12圖 1-22 中容器為剛性絕p1ab4文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .2v文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.熱容器，分成兩部分，一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板，（ 1）突然抽去隔板，氣體（系統(tǒng)）

7、是否作功？（ 2）設真空部分裝有許多隔板， 逐個抽去隔板， 每抽一塊板讓氣體先恢復平衡在抽下一塊， 則又如何？（ 3）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？13過程 1a2 是可逆過程，過程1b2 是不可逆過程。有人說過程1a2 對外作功大于過程1b2，你是否同意他的說法？為什么？不同意。過程1a2 的作功量是確定的，而過程1b2 的作功量不確定，因而無法比較。14系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)和其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)和外界有什么變化？若上述正向循環(huán)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？系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)和其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)和外界沒有變化。若上述正向循環(huán)及

8、逆向循環(huán)中有不可逆因素，則系統(tǒng)恢復原來狀態(tài)，外界則留下了變化（外界的熵增加）。15工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出功中是否要減去活塞排斥大氣功才是有用功？5文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.不需要。1熱力學能就是熱量嗎？不是。熱力學能是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，是工質(zhì)的性質(zhì)，是工質(zhì)內(nèi)部儲存能量，是與狀態(tài)變化過程無關的物理量。 熱量是工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化時通過系統(tǒng)邊界傳遞的熱能，其大小與變化過程有關， 熱量不是狀態(tài)參數(shù)。2若在研究飛機發(fā)動機中工質(zhì)的能量轉換規(guī)律時把參考坐標建在飛機上，工質(zhì)的總能中是否包括外部儲存

9、能？在以氫、氧為燃料的電池系統(tǒng)中系統(tǒng)的熱力學能是否應包括氫和氧的化學能？無論參考坐標建立在何處，工質(zhì)的總能中始終包括外部儲存能，只不過參考坐標建立合適，工質(zhì)的宏觀動能、宏觀勢能的值等于零，便于計算。氫氧燃料電池中化學能變化是主要的能量變化，因而不可忽略。3能否由基本能量方程式得出功、熱量和熱力學能是相同性質(zhì)的參數(shù)的結論？6文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.q= uw不能?；灸芰糠匠淌絻H僅說明且充分說明功、熱量和熱力學能都是能量，都是能量存在的一種形式，在能量的數(shù)量上它們是有等價關系的。而不涉及功、熱量和熱

10、力學能的其他屬性，也表明功、熱量和熱力學能的其他屬性與能量本質(zhì)無關。4一剛性容器，中間用絕熱隔板分為兩部分，A 中存有高壓空氣， B 中保持真空，如圖2-12 所示。若將隔板抽去，分析容器中空氣的熱力學能將如何變化？若在隔板上有一小孔，氣體泄漏入B 中，隔板分析 A 、B 兩部分壓力相同時 A 、B 兩部分氣體熱力學BA能如何變化？圖 2-12自由膨脹q= uwq=0 ， u 為負值（ u減少），轉化為氣體的動能， 動能在 B 中經(jīng)內(nèi)部摩擦耗散為熱能被氣體重新吸收，熱力學能增加，最終u =0。5 熱力學第一定律的能量方程式是否可寫成下列形式？為什么？7文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版

11、本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.q= u+pvq2-q 1=(u 2-u 1)+(w 2-w 1)不可以。 w 不可能等于pv，w 是過程量， pv 則是狀態(tài)參數(shù)。 q 和 w 都是過程量，所以不會有q2-q 1 和w2-w 1。6 熱力學第一定律解析式有時寫成下列兩者形式：q= uw2q= updv1分別討論上述兩式的適用范圍。前者適用于任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)和任意過程。后者適用于任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)和可逆過程。7為什么推動功出現(xiàn)在開口系能量方程中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中？推動功的定義為，工質(zhì)在流動時，推動它下游工質(zhì)時所作的功。開口系工質(zhì)流動，

12、而閉口系工質(zhì)不8文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.流動，所以推動功出現(xiàn)在開口系能量方程中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中。我個人認為推動功應該定義為由于工質(zhì)在一定狀態(tài)下占有一定空間所具有的能量，它是工質(zhì)本身所固有的性質(zhì)， 是一個狀態(tài)參數(shù)。 推動功既可以出現(xiàn)在開口系能量方程中，也可以出現(xiàn)在閉口系能量方程式中（需要把w 拆開， wwt (pv) ）。 占位能8焓是工質(zhì)流入 （或流出） 開口系時傳遞入 （或傳遞出） 系統(tǒng)的總能量， 那么閉口系工質(zhì)有沒有焓值？比較正規(guī)的答案是，作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，閉口系工質(zhì)也有焓值，

13、但是由于工質(zhì)不流動，所以其焓值沒有什么意義。焓 =熱力學能 +占位能9氣體流入真空容器，是否需要推動功？推動功的定義為，工質(zhì)在流動時，推動它下游工質(zhì)時所作的功。下游無工質(zhì)，故不需要推動功。利用開口系統(tǒng)的一般能量方程式推導的最終結果也是如此。10穩(wěn)定流動能量方程式（2-21）是否可應用于像活塞式壓氣機這樣的機械穩(wěn)定工況運行的能量分析？9文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.為什么？可以。熱力系統(tǒng)的選取有很大的自由度。一般把活塞式壓氣機取為閉口系統(tǒng)，是考察其一個沖程內(nèi)的熱力變化過程。 如果考慮一段時間內(nèi)活塞式壓氣機

14、的工作狀況和能量轉換情況，就需要把它當成穩(wěn)定流動系統(tǒng)處理，包括進排氣都認為是連續(xù)的。11為什么穩(wěn)定流動開口系內(nèi)不同部分工質(zhì)的比熱力學能、比焓、比熵等都會改變，而整個系統(tǒng)的UCV=0、HCV=0、SCV=0?控制體的UCV=0、 H CV=0、 SCV=0 是指過程進行時間前后的變化值，穩(wěn)定流動系統(tǒng)在不同時間內(nèi)各點的狀態(tài)參數(shù)都不發(fā)生變化，所以UCV=0、H CV=0、SCV=0。穩(wěn)定流動開口系內(nèi)不同部分工質(zhì)的比熱力學能、比焓、比熵等的改變僅僅是依坐標的改變。12開口系實施穩(wěn)定流動過程，是否同時滿足下列三式：Q=dU+WQ=dH+W t10文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔

15、來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.Q=dH+ m d c2f +mgdz+ W i2上述三式中， W 、 W t 和 W i 的相互關系是什么？答：都滿足。W=d(pV)+W t= d(pV)+ m d c2f +mgdz+ W i2W t=m d c2f +mgdz+ W i2qm11p1, T131qm3p3, T323qm2p2 , T22圖 2-13 合流13. 幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖 2-13 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

16、體積，列出能量方程式并導出出口截面上焓值h3 的計算式。11文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.進入系統(tǒng)的能量 離開系統(tǒng)的能量 =系統(tǒng)貯存能量的變化系統(tǒng)貯存能量的變化：不變。進入系統(tǒng)的能量：qm1 帶入的和 qm2 帶入的。沒有熱量輸入。qm1（h1+cf12/2+gz1） + qm2（h2+cf22/2+gz2）離開系統(tǒng)的能量：qm3 帶出的，沒有機械能（軸功）輸出。qm3（ h3+cf32/2+gz3）如果合流前后流速變化不太大，且勢能變化一般可以忽略，則能量方程為：qm1 h1+ qm2 h2= qm3

17、 h3qm33p , T3133qm1p1, T121qm2p2 , T22圖 2-14分流12文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.出口截面上焓值h3 的計算式h3= （qm1 h1+ qm2 h2）/ q m3本題中，如果流體反向流動就是分流問題，分流與合流問題的能量方程式是一樣的，一般習慣前后反過來寫。qm1 h1 = qm2 h2+ qm3 h31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？第一個問題很含混，關于“理想氣體”可以說很多?？梢哉f理想氣體的定義：理

18、想氣體，是一種假想的實際上不存在的氣體，其分子是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點，分子間無相互作用力。也可以說，理想氣體是實際氣體的壓力趨近于零時極限狀況。還可以討論什么情況下，把氣體按照理想氣體處理，這已經(jīng)是后一個問題了。后一個問題，當氣體距離液態(tài)比較遠時（此時分子間的距離相對于分子的大小13文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.非常大），氣體的性質(zhì)與理想氣體相去不遠，可以當作理想氣體。理想氣體是實際氣體在低壓高溫時的抽象。2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

19、體積是否都是0.022414m3/mol ？氣體的摩爾體積Vm 不因氣體的種類而異。所處狀態(tài)發(fā)生變化，氣體的摩爾體積也隨之發(fā)生變化。任何氣體在標準狀態(tài)（p=101325Pa，T=273.15K ）下摩爾體積是0.022414m3/mol 。在其它狀態(tài)下，摩爾體積將發(fā)生變化。3摩爾氣體常數(shù)R 值是否隨氣體的種類而不同或狀態(tài)不同而異？摩爾氣體常數(shù)R 是基本物理常數(shù)，它與氣體的種類、狀態(tài)等均無關。4如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為pv=RgT，這種工質(zhì)的比熱容、熱力學能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？是的。5對于確定的一種理想氣體，cpcv 是否等于定值？ cp/cv 是否為定值？ cpcv、 cp/cv 是否

20、隨溫度變化？14文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.cpcv=Rg，等于定值，不隨溫度變化。cp/cv 不是定值，將隨溫度發(fā)生變化。6邁耶公式cpcv=Rg 是否適用于動力工程中應用的高壓水蒸氣？是否適用于地球大氣中的水蒸氣？不適用于前者，一定條件下近似地適用于后者。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=f(p, v) 。但又曾得出結論，理想氣體的熱力學能（或焓）只取決于溫度，這兩點是否矛盾？為什么？不矛盾。 pv=RgT 。熱力學能（或焓）與溫度已經(jīng)相當于一個狀態(tài)參數(shù)，他們

21、都可以表示為獨立參數(shù) p 和 v 的函數(shù)。8為什么工質(zhì)的熱力學能、焓和熵為零的基準可以任選，所有情況下工質(zhì)的熱力學能、焓和熵為零的基準都可以任選？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？我們經(jīng)常關注的是工質(zhì)的熱力學能、焓和熵的變化量， 熱力學能、焓和熵的絕對量對變化量沒有影響，所以可以任選工質(zhì)的熱力學能、焓和熵為零的基準。所有情況下工質(zhì)的熱力學能、焓和熵為零的基15文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.準都可以任選？不那么絕對，但是在工程熱力學范圍內(nèi)，可以這么說。工

22、質(zhì)的熱力學能、焓和熵的絕對零點均為絕對零度（0K ），但是目前物理學研究成果表明，即使絕對零度，工質(zhì)的熱力學能、焓和熵也不準確為零，在絕對零度，物質(zhì)仍有零點能，由海森堡測不準關系確定。（熱力學第三定律可以表述為，絕對零度可以無限接近，但永遠不可能達到。）標準狀態(tài)（ p=101325Pa，T=273.15K ）。（p=101325Pa，T=293.15K ）、（p=101325Pa，T=298.15K ），水的三相點，等等。9氣體熱力性質(zhì)表中的u、 h 及 s0 的基準是什么狀態(tài)？標準狀態(tài)10在圖 3-15 所示的 T s 圖上任意可逆過程12 的熱量如何表示？理想氣體1 和 2 狀態(tài)間熱力學能

23、變化量、焓變化量能否在圖上用面積表示？若12 經(jīng)過的是不可逆過程又如何？16文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.曲線 1-2 下的曲邊梯形面積就是任意可逆過程12 的熱量。 dQ=TdS 沿過程的積分。Q=U+W ，所以U=Q W 。不可逆過程傳熱量不能用曲邊梯形面積表達，但是熱力學能和焓還可以用原方式表達，因T2Up=0p1120sv為熱力學能和焓都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過程路徑無關。11理想氣體熵變計算式（3-39）、（ 3-41）、（ 3-43）等是由可逆過程導出，這些計算式是否可以用于不可逆過程初、終態(tài)

24、的熵變？為什么？可以。熵是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過程路徑無關。12熵的數(shù)學定義式為ds=dq/T ，又 dq=cdT ，故 ds=(cdT)/T 。因理想氣體的比熱容是溫度的單值函數(shù)，17文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.所以理想氣體的熵也是溫度的單值函數(shù)，這一結論是否正確？若不正確，錯在何處？不正確。錯在c 不是狀態(tài)參數(shù)，與過程有關。是溫度單值函數(shù)的是定過程比熱。13試判斷下列各說法是否正確：（ 1）氣體吸熱后熵一定增大； （ 2）氣體吸熱后溫度一定升高； （3）氣體吸熱后熱力學能一定增加；（ 4）氣體膨脹時

25、一定對外作功； （5）氣體壓縮時一定耗功。（ 1）正確；（ 2）不正確；（3）不正確；（4）正確；（ 5）正確。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)？是的。幾乎所有的純物質(zhì)（非混合物）都有飽和狀態(tài)的概念，也存在臨界狀態(tài)。此外的物質(zhì)性質(zhì)更為復雜。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？水的三相點的狀態(tài)參數(shù)是唯一確定的，這一點由吉布斯相律確認：對于多元（如 k 個組元）多相（如f 個相）無化學反應的熱力系，其獨立參數(shù)，即自由度n = kf + 2。三相點： k =1， f = 3，故 n = 0。18文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.wor

26、d 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.三相點是三相共存點，在該點發(fā)生的相變都具有相變潛熱。臨界點兩相歸一，差別消失，相變是連續(xù)相變，沒有相變潛熱。 三相點各相保持各自的物性參數(shù)沒有巨大的變化，臨界點的物性參數(shù)會產(chǎn)生巨大的峰值變化。三相點和臨界點是蒸汽壓曲線的兩個端點。三相點容易實現(xiàn)，臨界點不容易實現(xiàn)。16水的汽化潛熱是否是常數(shù)？有什么變化規(guī)律？水的汽化潛熱不是常數(shù)，三相點汽化潛熱最大，隨著溫度和壓力的提高汽化潛熱逐漸縮小，臨界點處汽化潛熱等于零。17水在定壓汽化過程中，溫度保持不變，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=

27、w，對不對？為什么？不對。 u=cv T 是對單相理想氣體而言的。水既不是理想氣體，汽化又不是單相變化，所以q=w的結論是錯的。18有人根據(jù)熱力學第一定律解析式q=dhvdp 和比熱容的定義 c=q ，所以認為T2T 是普遍適用h pcp T1dT于一切工質(zhì)的。進而推論得出水定壓汽化時，溫度不變，因此其焓變量T2T =0。這一推論錯誤在hpcp T119文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.哪里？c= q 是針對單相工質(zhì)的，不適用于相變過程。dT1試以理想氣體的定溫過程為例，歸納氣體的熱力過程要解決的問題及使用

28、方法。要解決的問題：揭示過程中狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，揭示熱能與機械能之間的轉換情況，找出其內(nèi)在規(guī)律及影響轉化的因素。在一定工質(zhì)熱力性質(zhì)的基本條件下，研究外界條件對能量轉換的影響，從而加以利用。使用的方法： 分析典型的過程。分析理想氣體的定值的可逆過程，即過程進行時限定某一參數(shù)不發(fā)生變化。分析步驟1) 建立過程方程式；2) 找出（基本）狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，確定不同狀態(tài)下參數(shù)之間的關系；20文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.3) 求出能量參數(shù)的變化（過程功、技術功、熱力學能、焓、熵、傳熱量等等）；4) 畫出過程變

29、化曲線（在T-s 圖、 p-v 圖上）。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？u=cv(t2t1)，h=cp(t2t1)； q= u=cv(t2t1)，q= h=cp(t2t1)第一組都適用，第二組不適用。第二組第一式只適用于定容過程，第二式只適用于定壓過程。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要對氣體加入熱量？如果加入的話應如何計算？需要加入熱量。 q= u+w, 對于理想氣體，q=w= RT1 ln v2 或 q= h+wt, 對于理想氣體，q =wt= RT1 ln v2 。v1v14過

30、程熱量q 和過程功w 都是過程量，都和過程的途徑有關。由理想氣體可逆定溫過程熱量公式q= p1v1 ln v2 可知，只要狀態(tài)參數(shù)p1、 v1 和 v2 確定了， q 的數(shù)值也確定了，是否可逆定溫過程的熱量q 與v1途徑無關？“可逆定溫過程 ”已經(jīng)把途徑規(guī)定好了，此時談與途徑的關系沒有意義。再強調(diào)一遍，過程熱量q21文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.和過程功 w 都是過程量，都和過程的途徑有關。5閉口系在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？不成立。攪拌功w 以機械能形式通過系統(tǒng)

31、邊界，在工質(zhì)內(nèi)部通過流體內(nèi)摩擦轉變?yōu)闊?，從而導致溫度和熱力學能升高。Q 是通過邊界傳遞的熱能，不包括機械能。6絕熱過程的過程功w 和技術功 wt 的計算式w=u1u2，wt=h1h2是否只適用于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過程？為什么？兩式來源于熱力學第一定律的第一表達式和第二表達式，唯一條件就是絕熱q=0，與是否理想氣體無關，且與過程是否可逆也無關，只是必須為絕熱過程。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；22文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .7 題圖文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎

32、下載支持.(3) 多變過程即任意過程。答： (1) 定容過程即無膨脹（或壓縮）功的過程； 正確。(2) 絕熱過程即定熵過程； 錯誤，可逆絕熱過程是定熵過程， 不可逆絕熱過程不是定熵過程。(3) 多變過程即任意過程。 錯誤，右圖中的過程就不是多變過程。8參照圖 4-17，試證明： q1-2-3q1-4-3。圖中 12、43 各為定容過程， 14、23 各為定p壓過程。2314證明： q1-2-3 1-22-31-4-3Ov= q1-44-3=q+q， q+圖 4-17qq1-2= cv(T2T1)，q2-3= cp(T3T2)= cv(T3T2)+R(T3T2)，q4-3= cv(T3T4)，q

33、1-4= cp(T4T1) = cv(T4T1)+ R(T4T1)。q1-2-3=q1-2+q2-3= cv(T2T1)+ cv(T3T 2)+R(T3T 2)23文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.= cv(T3T1)+R(T3T2)q1-4-3= q1-4+ q4-3= cv(T4T1)+ R(T4T1)+ cv(T3T4)= cv(T3T1)+R(T4T1)于是 q1-2-31-4-33241)q= R(TT )R(TT=R(T4p2T1p24 1p21)(T4 1)>0p1p1) (TT )=

34、R(p1T所以， q1-2-3q1-4-3，證畢。9如圖 4-18 所示，今有兩個任意過程ab 及 ac，b 點及 c 點在同一條絕熱線上，(1) 試問 uab 與 uacpbpbacT bOvT cac圖 4-18Ov圖 4-18 題解24文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.哪個大？ (2) 若 b 點及 c 點在同一條定溫線上，結果又如何？依題意， Tb>Tc，所以uab> uac。若 b 點及 c 點在同一條定溫線上，則uab= uac。10理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術功能否推廣到任意氣

35、體？從熱力學第一定律的第一表達式和第二表達式來看，膨脹功和技術功分別等于w=q u 和 wt =q h，非理想氣體的u 和h 不一定等于零，也不可能相等，所以理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術功不能推廣到任意氣體。11下列三式的使用條件是什么？kkk-1k-1k 1k 1kkp2v2=p1v1，T 1v1=T 2v2， T 1 p1=T 2 p2使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過程。12T s 圖上如何表示絕熱過程的技術功wt 和膨脹功 w？25文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.p=0v=04-13 在 p v

36、 和 T s 圖上如何判斷過程q、w、u、h 的正負。通過過程的起點劃等容線（定容線），過程指向定容線右側，系統(tǒng)對外作功，w>0；過程指向定容線左側，系統(tǒng)接收外功，w<0。通過過程的起點劃等壓線（定壓線），過程指向定壓線下側，系統(tǒng)對外輸出技術功，wt >0；過程指向定壓線上側，系統(tǒng)接收外來技術功，wt<0。通過過程的起點劃等溫線（定溫線），過程指向定溫線下側，u<0 、 h<0 ；過程指向定溫線上側，u>0、h>0。26文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.通過過

37、程的起點劃等熵線（定熵線），過程指向定熵線右側，系統(tǒng)吸收熱量，q>0 ；過程指向定熵線左側，系統(tǒng)釋放熱量，q<0 。Ts, n=kp T, n =1v , n v , n p, n=0p, n=0T , n=1AAs, n=kvs4-14 試以可逆絕熱過程為例，說明水蒸氣的熱力過程與理想氣體的熱力過程的分析計算有什么異同？相同點：都是首先確定起始狀態(tài)和結束狀態(tài)，然后在計算過程的作功量等數(shù)據(jù)。計算過程中，始終要符合熱力學第一定律。不同點：理想氣體的計算是依靠理想氣體狀態(tài)方程以及功和熱量的積分計算式進行計算，而水蒸氣是依靠查圖查表進行計算。4-15 實際過程都是不可逆的，那么本章討論的

38、理想可逆過程有什么意義？27文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.理想可逆過程是對實際過程的近似和抽象， 實際過程過于復雜不易于分析， 通過理想可逆過程的分析以及根據(jù)實際過程進行適當修正， 可以了解實際過程能量轉換變化情況， 以及如何向理想可逆過程靠近以提高相應的技術指標。5-1 熱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：熱能不是不可能全部變成機械能，如定溫過程就可以。但想要連續(xù)地將熱能轉變?yōu)闄C械能則是不可能的。5-2 理想氣體進行定溫膨脹時，可

39、從單一恒溫熱源吸入的熱量，將之全部轉變?yōu)楣ν廨敵?，是否與熱力學第二定律的開爾文敘述有矛盾？提示：考慮氣體本身是否有變化。答：理想氣體進行定溫膨脹時，壓力不斷降低，體積越來越大。當壓力低到外界壓力時，就不能再繼續(xù)降低了， 過程也就停止了。 熱力學第二定律的開爾文敘述的內(nèi)容是：不可能制造出從單一熱源吸熱，28文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.使之全部轉化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機（第二類永動機是不可能制造成功的。） 一方面壓力降低，體積增大就是變化；另一方面，熱力發(fā)動機要求連續(xù)工作，而定溫過程做不到

40、。所以，這個過程與熱力學第二定律無矛盾。5-3 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：錯?！胺亲园l(fā)過程必為可逆過程。 ”的說法完全錯誤， 非自發(fā)過程需付出代價 （更強的自發(fā)過程）才能實現(xiàn)，可逆過程則是一種實際上不存在的理想過程，兩者之間沒有什么關系。5-4 請給“不可逆過程”一個恰當?shù)亩x。請歸納熱力過程中有哪幾種不可逆因素？答：各種不可逆因素總可以表示為將機械能耗散為熱能，例如溫差傳熱，卡諾說：凡是有溫度差的地方都可以產(chǎn)生動力。 因此，溫差傳熱使得本可以作出的功沒有作出，這就相當于將機械能耗散為熱能。凡是最終效果都可以歸結為使機械能耗散為熱能的過程都是不可逆過程

41、。 熱力過程中的不可逆因素有功熱轉換、有限溫差傳熱、自由膨脹、混合過程、電阻等等。5-5 試證明熱力學第二定律的各種說法的等效性：若克勞修斯說法不成立，則開爾文說法也不成立。29文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.答：熱力學第二定律的各種說法都是等效的，可以證明它們之間的等效性。T1T1Q1QQ 1Q 2W 0WEERQ2Q 2T2T2圖 4-1圖 4-2如圖 41 所示，某循環(huán)發(fā)動機E 自高溫熱源T 1 吸熱 Q1，將其中一部分轉化為機械能W 0，其余部分Q2=Q 1W 0 排向低溫熱源T 2，如果可以違反

42、克勞修斯說法，即熱量Q2 可以不花代價地自低溫熱源傳到高溫熱源，如圖中虛線所示那樣，則總的結果為高溫熱源失去熱能(Q1Q2)，循環(huán)發(fā)動機產(chǎn)生了相應的機械能 W 0，而低溫熱源并無變化，相當于一臺從單一熱源吸熱而作功的循環(huán)發(fā)動機。所以，違反克勞修斯說法必然違反開爾文說法， 類似地， 違反開爾文說法也必然違反克勞修斯說法，兩種說法完全等價（圖 4-2）。5-6 下列說法是否有錯誤： （1）循環(huán)凈功Wnet 愈大則循環(huán)熱效率愈高； （ 2）不可逆循環(huán)熱效率一定小于30文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.可逆循環(huán)熱效

43、率；（ 3）可逆循環(huán)熱效率都相等，t1 T2。T1（ 1） 錯。（ 2） 錯。應當是在同樣的高溫熱源和低溫熱源之間。否則沒有比較基礎。（ 3） 錯。應當是在同樣的高溫熱源和低溫熱源之間。否則沒有比較基礎。5-7 循環(huán)熱效率公式：tq1q2 和 tT1T2 是否完全相同？各適用于哪些場合？q1T1答：不同。前者適用于一般的循環(huán)（可逆和不可逆循環(huán)），后者僅適用于在兩個恒溫熱源之間工作的可逆循環(huán)。（第三版 5-8 題）不違反。它是依賴于壓力差作功的。5-8 下述說法是否正確： （ 1）熵增大的過程必定為吸熱過程；（2）熵減小的過程必為放熱過程；（ 3）定熵過程必為可逆絕熱過程； （4）熵增大的過程必

44、為不可逆過程； （5）使系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程；（ 6）熵產(chǎn) Sg>0 的過程必為不可逆過程。31文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.答：（ 1） 錯。不可逆絕熱過程熵也會增大。（ 2） 錯，不準確。不可逆放熱過程，當放熱引起的熵減大于不可逆引起的熵增時（亦即當放熱量大于不可逆耗散所產(chǎn)生的熱量時） ，它也可以表現(xiàn)為熵略微減少，但沒有可逆放熱過程熵減少那么多。（ 3） 錯。不可逆放熱過程，當放熱引起的熵減等于不可逆引起的熵增時（亦即當放熱量等于不可逆耗散所產(chǎn)生的熱量時） ，它也可以表現(xiàn)為熵沒有發(fā)生

45、變化。（ 4）錯?？赡嫖鼰徇^程熵增大。（ 5）錯。理由如上?？梢哉f： “使 孤立系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程。 ”（ 6）對。5-9 下述說法是否有錯誤： （1）不可逆過程的熵變S 無法計算；（2）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S> S， Sf ，不可逆f，可逆，g，不可逆g，可逆；（ 3）不可逆不可逆可逆> SS> S絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵 S2 1，不可逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初態(tài)熵21;（4）工質(zhì)經(jīng)過不可逆循環(huán)>SS <S32文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .ds 0 ，q0 。Tr答：（1）錯。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要能夠確定起迄點，就可以確定熵變S。（2）錯。應為S 不可逆 = S 可逆 、Sf ，不可逆<Sf，可逆g，不可逆g，可逆。因為熵是狀態(tài)參數(shù)，同一初始狀態(tài)和、S>S同一終了狀態(tài)之間的熵差保持同一數(shù)值，與路徑無關。（3）錯。不可逆絕熱壓縮過程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵，S2>S1。（4）錯。ds0，因為熵是狀態(tài)參數(shù)。5-10 從點 a 開始有兩個可逆過程：p定容過程 ab 和定壓過程 a c，b、