大學(xué)物理第06章習(xí)題分析與解答

第六章熱力學(xué)—習(xí)題解答大學(xué)基礎(chǔ)物理教程6-1某一熱力學(xué)系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過程后，吸收了的熱量，并對(duì)環(huán)境做功,則系統(tǒng)的內(nèi)能（）。（）減少了（）增加了（）減少了（）增加了解：由熱力學(xué)第一定律可得故選6-2對(duì)于理想氣體系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在下列過程中，哪個(gè)過程中系統(tǒng)所吸收的熱量、內(nèi)能的增量和對(duì)外做功三者均為負(fù)值（）？（）等容降壓過程（）等溫膨脹過程（）絕熱膨脹過程（）等壓壓縮過程解：等容過程不做功，故不正確；等溫過程內(nèi)能不變，故不正確；絕熱過程與外界不交換熱量，故不正確；對(duì)于等壓壓縮過程：體積減小，系統(tǒng)對(duì)外界做負(fù)功，表現(xiàn)為外界對(duì)系統(tǒng)做功；易知壓縮過程溫度降低，則內(nèi)能減少；等壓過程，溫度降低，則必放熱。故選6-3系統(tǒng)分別經(jīng)過等壓過程和等體過程，如果兩過程中的溫度增加值相等，那么（）。（）等壓過程吸收的熱量小于等體過程吸收的熱量（）等壓過程吸收的熱量等于等體過程吸收的熱量（）等壓過程吸收的熱量大于等體過程吸收的熱量（）無(wú)法確定解：等壓過程吸收的熱量；等容過程吸收的熱量,由于，故選6-4一臺(tái)工作于溫度分別為和的高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g的卡諾熱機(jī)，每經(jīng)歷一次循環(huán)吸熱，則對(duì)外界做功（）。（）（）（）（）解：卡諾熱機(jī)循環(huán)效率,則，故選6-5系統(tǒng)從外界獲得的能量，一部分用來(lái)，另一部分用來(lái)對(duì)外界做功。解：詳見熱力學(xué)第一定律6-6空氣壓縮機(jī)在一次壓縮過程中，活塞對(duì)氣缸內(nèi)的氣體做功為，同時(shí)氣體的內(nèi)能增加了。試問：此壓縮過程中，氣體（填“吸收”或“放出”）的熱量等于。解：由熱力學(xué)第一定律可得負(fù)號(hào)表示放出熱量。6-7一定量的空氣，吸收了的熱量，并保持在的壓強(qiáng)下膨脹，體積從增加到，空氣對(duì)外做功為，內(nèi)能改變量為。解：等壓過程系統(tǒng)對(duì)外做功為由熱力學(xué)第一定律可得6-8一定質(zhì)量某理想氣體在正循環(huán)過程從高溫?zé)嵩次樟说臒崃浚瑫r(shí)向低溫?zé)嵩捶懦隽说臒崃?，則該正循環(huán)的效率為。解：循環(huán)效率公式習(xí)題6-9圖6-9如圖，在系統(tǒng)從狀態(tài)A沿ABC變化到狀態(tài)C的過程中，外界有428J的熱量傳遞給系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)外界做功128J。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)C沿另一曲線CA返回到狀態(tài)A時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)做功69J，則此過程中系統(tǒng)是吸熱還是放熱？傳遞的熱量是多少？習(xí)題6-9圖解：對(duì)過程應(yīng)用熱力學(xué)第一定律，即,則；對(duì)過程應(yīng)用熱力學(xué)第一定律得即放出熱量。6-10一壓強(qiáng)為,體積為的氧氣自加熱到，問：（1）當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，需要多少熱量？當(dāng)體積不變時(shí)，需要多少熱量？（2）在等壓和等體過程中各作了多少功？解：（1）壓強(qiáng)不變，即等壓過程：對(duì)初狀態(tài)應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程,代入到中，得體積不變時(shí)，即等體過程：對(duì)初狀態(tài)應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程,代入到線所包圍的面積，所以封閉曲線的面積越大，循環(huán)效率越高，對(duì)嗎？為什么？解：不對(duì)。由熱機(jī)效率的定義式可知，效率不僅與做功多少有關(guān)，還與吸收的熱量有關(guān)，封閉面積大只表明系統(tǒng)的凈功多。6-16一卡諾熱機(jī)，其高溫?zé)嵩吹臏囟仁牵恳谎h(huán)從高溫?zé)嵩次?，并向低溫?zé)嵩捶艧?。求：?）低溫?zé)嵩吹臏囟龋唬?）此循環(huán)的熱機(jī)的效率。解：卡諾熱機(jī)循環(huán)效率從上式可知，,6-17一卡諾熱機(jī)的低溫?zé)嵩礈囟葹?，效率為，若要將其效率提高到，問高溫?zé)嵩吹臏囟葢?yīng)提高多少？解：由得原高溫?zé)嵩吹臏囟葹闀r(shí)對(duì)應(yīng)的高溫?zé)嵩吹臏囟葹楦邷責(zé)嵩磻?yīng)提高的溫度為6-18有一蒸氣機(jī)，其高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟确謩e為和。問蒸汽機(jī)在理論上所能達(dá)到的最高循環(huán)效率是多少？若熱機(jī)的實(shí)際循環(huán)效率僅為所求得最高循環(huán)效率的，而它需要的輸入功率（即工作物質(zhì)傳遞給蒸氣機(jī)的功率）為，問每小時(shí)應(yīng)給它加煤多少？（設(shè)煤完全燃燒，且每千克煤完全燃燒時(shí)的發(fā)熱量為）解：最高理論效率可用卡諾熱機(jī)的效率來(lái)估算實(shí)際效率設(shè)每小時(shí)需要煤，則有解得6-19等溫膨脹過程，系統(tǒng)吸收的熱量全部用來(lái)做功，這和熱力學(xué)第二定律有沒有矛盾？為什么？解：沒有矛盾。因?yàn)闊崃W(xué)第二定律指出的是：在不引起其他變化的前提下，功可以全部轉(zhuǎn)為熱，熱不能全部轉(zhuǎn)化為功。如果取消“不引起其他變化的限制”，熱是可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ?。等溫膨脹過程，系統(tǒng)所吸收的熱量雖然全部用來(lái)對(duì)外做功了，但在此過程中，系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生了變化。6-20某種理想氣體，首先被等容冷卻，然后再等壓膨脹，使氣體溫度回到初始溫度。假設(shè)經(jīng)歷這兩個(gè)過程后，氣體壓強(qiáng)只有原來(lái)壓強(qiáng)的，試求該氣體的熵變。解：根據(jù)題意可設(shè)初始狀態(tài)（），中間狀態(tài)（即等容的終態(tài)