工程熱力學(xué)課后復(fù)習(xí)資料

《工程熱力學(xué)》沈維道主編第四版課后思想題答案（廣5章）

第1章基本概念

1.閉口系與外界無(wú)物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量將保持恒定，那么，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系確定是閉口系統(tǒng)嗎？

答：否。當(dāng)一個(gè)限制質(zhì)量的質(zhì)量入流率與質(zhì)量出流率相等時(shí)（如穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)），系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量將保持恒定不變。

2.有人認(rèn)為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不行分割，所以開口系不行能是絕熱系。這種觀點(diǎn)對(duì)

不對(duì)，為什么？

答：不對(duì)。“絕熱系”指的是過程中與外界無(wú)熱量交換的系統(tǒng)。熱昂: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(jié)束就無(wú)所謂“熱量”，物質(zhì)并不“擁有”熱量。一個(gè)系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對(duì)物質(zhì)流開放無(wú)

關(guān)。

3.平衡狀態(tài)與稔定狀態(tài)有何區(qū)分和聯(lián)系，平衡狀態(tài)與勻稱狀態(tài)有何區(qū)分和聯(lián)系？

答：“平衡狀態(tài)”與“穩(wěn)定狀態(tài)”的概念均揖系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時(shí)間而變更，這是它們的共同點(diǎn)：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)分所在。

4,倘使容器中氣體的壓力沒有變更，試問安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)變更嗎？在確定壓力計(jì)算公式

P=Ph+Pe（〃>%）；（〃<%）

中，當(dāng)?shù)卮髿鈮菏欠癖囟ㄊ黔h(huán)境大氣壓？

答：可能會(huì)的。因?yàn)閴毫Ρ砩系淖x數(shù)為表壓力，是工質(zhì)真實(shí)仄力與環(huán)境介質(zhì)區(qū)力之差。環(huán)境介質(zhì)瓜力，瞥如大氣壓力，

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更，因此，即使工質(zhì)的確定壓力

不變，表壓力和真空度仍有可能變更。

“當(dāng)?shù)卮髿鈮骸辈⒎蔷褪黔h(huán)境大氣壓。精確地說，計(jì)算式中的Pb應(yīng)是“當(dāng)?shù)丨h(huán)境介質(zhì)”的壓力，而不是隨意任何其它

意義上的“大氣壓力”，或被視為不變的“環(huán)境大氣壓力”。

5.溫度計(jì)測(cè)溫的基木原理是什么？

答：溫度計(jì)對(duì)溫度的測(cè)量建立在熱力學(xué)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(zhì)”，這一性質(zhì)就是“溫度”的概念。

6.閱歷溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么?為什么？

答：由選定的隨意一種測(cè)溫物質(zhì)的某種物理性質(zhì)，采納隨意一種溫度標(biāo)定規(guī)則所得到的溫標(biāo)稱為閱歷溫標(biāo)。由于閱歷溫

標(biāo)依鴕于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)選用不同測(cè)溫物質(zhì)制作溫度計(jì)、采納不同的物理性質(zhì)作為溫度的標(biāo)記來(lái)測(cè)量溫度時(shí)，除選

定的基準(zhǔn)點(diǎn)外，在其它溫度上，不同的溫度計(jì)對(duì)同一溫度可能會(huì)給出不同測(cè)定值（盡管差值可能是微小的），因而任何

一種閱歷溫標(biāo)都不能作為度量溫度的標(biāo)準(zhǔn)。這便是閱歷溫標(biāo)的根本缺點(diǎn)。

7.促使系統(tǒng)狀態(tài)變更的緣由是什么?舉例說明.

答；分兩種不同狀況；

⑴若系統(tǒng)原本不處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各部分間存在著不平衡勢(shì)差，則在不平衡勢(shì)差的作用卜.，各個(gè)部分發(fā)生相互作用，

系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變更。例如，將一塊燒熱了的鐵扔進(jìn)一盆水中，對(duì)于水和該鐵塊構(gòu)成的系統(tǒng)說來(lái)，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)。這種狀況下，無(wú)需外界賜予系統(tǒng)任何作月，系統(tǒng)也會(huì)因鐵塊對(duì)水放出

熱量而發(fā)生狀態(tài)變更：鐵塊的溫度漸漸降低，水的溫度漸漸上升，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)：

⑵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(huì)發(fā)生變.

8.圖l-16a.b所示容器為剛性容器：⑴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？■?artW

⑵設(shè)真空部分裝有很多隔板，每抽去一塊隔板讓氣體先更原平衡再抽去一塊，⑸(b)

圖1-16思考宅S附圖

問氣體（系統(tǒng)）是否作功？

⑶上述兩種狀況從初態(tài)變更到終態(tài)，其過程是否都可在P-v圖上表示？

答：（I）:受剛性容器的約束，氣體與外界間無(wú)任何力的作用，氣體（系統(tǒng)）不對(duì)外界作功:

（2）b狀況下系統(tǒng)也與外界無(wú)力的作用，因此系統(tǒng)不對(duì)外界作功；

（3）a中所示的狀況為氣體向真空膨脹（自由膨脹）的過程，是典型的不行逆過程。過程中氣體不行能處于平衡狀態(tài)，因此

該過程不能在P-v圖上示出；b中的狀況與a行所不同，若隔板數(shù)量足夠多，每當(dāng)抽去?塊隔板時(shí)，氣體只作極微小的

膨脹，因而可認(rèn)為過程中氣體始終處在一種無(wú)限接近平衡的狀態(tài)中，即氣體經(jīng)驗(yàn)的是一種也靜過程，這種過程可以在P-v

圖上用實(shí)線表示出來(lái)。

9.經(jīng)驗(yàn)一個(gè)不行逆過程后，系統(tǒng)能否且原原來(lái)狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個(gè)系統(tǒng)能否且原原來(lái)狀態(tài)？答：所謂過程不

行逆，是指一并完成該過程的逆過程后，系統(tǒng)和它的外界不行能同時(shí)且原到他們的原來(lái)狀態(tài)，并非簡(jiǎn)潔地指系統(tǒng)不行能

回劃到原態(tài)。同理，系統(tǒng)經(jīng)腌正、逆過程后且原到了原態(tài)也并不就意味若過程是可逆的；過程是否可逆，還得看與之發(fā)

生過相互作用的全部外界是否也全都回豆到了原來(lái)的狀態(tài)，沒有遺留下任何變更。原則上說來(lái)經(jīng)驗(yàn)一個(gè)不行逆過程后系

統(tǒng)是可能安原到原來(lái)狀態(tài)的，只是包括系統(tǒng)和外界在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)則確定不能復(fù)原原來(lái)狀態(tài)。

10.系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)和外界有什么變更？若上述正向及逆向循環(huán)中有不行逆因素，則

系統(tǒng)及外界有什么變更？

答：系統(tǒng)完成一個(gè)循環(huán)后接著又完成其逆向循環(huán)時(shí)，無(wú)論循環(huán)可逆與否，系統(tǒng)的狀態(tài)都不會(huì)有什么變更。依據(jù)可逆的概

念，當(dāng)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(shí)，與之發(fā)生相互作用的外界也應(yīng)一一回復(fù)到原來(lái)的狀

態(tài)，不遺留下任何變更；若循環(huán)中存在著不行逆因素，系統(tǒng)完成的是不行逆循環(huán)時(shí)，雖然系統(tǒng)回更到原來(lái)狀態(tài)，但在外

界確定會(huì)遺留下某種恒久無(wú)法豆原的變更。

（留意：系統(tǒng)完成任何?個(gè)循環(huán)后都復(fù)原到原來(lái)的狀態(tài)，但并沒有完成其“逆過程”，因此不存在其外界是否“也復(fù)原

到原來(lái)狀志”的問題。股說末，系統(tǒng)進(jìn)行任何種循環(huán)后都必定會(huì)在外界產(chǎn)生某種效應(yīng)，如熱變功，制冷等，從而使

外界有了變更。）

H.工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出的功中是否要誡去活塞排斥大氣功才是有用功？

答：不須要。由于活塞也包含在系統(tǒng)內(nèi)，既然系統(tǒng)完成的是循環(huán)過程，從總的結(jié)果看來(lái)活塞并未變更其位置，事實(shí)上不

存在排斥大氣的作用。

第2章熱力學(xué)第確定律

1.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。若將隔板抽去，分析容

器中空氣的熱力學(xué)能如何變更？若隔板上有一小孔，氣體泄漏人B中，分析A、B兩部分壓力咫板

相同時(shí)A、B兩部分氣體的比熱力學(xué)能如何變更？「密片"

答:（1）定義容器內(nèi)的氣體為系統(tǒng)，這是一個(gè)限制質(zhì)量。

自由膨脹2

由于氣體向真空作無(wú)阻自由膨脹,不對(duì)外界作功，過程功w=o：容器又是絕熱的，過程的然量*

Q=O,因此，依據(jù)熱力學(xué)第確定律Q=Z\U+W,應(yīng)有△U=O,即容器中氣體的總熱力學(xué)能不變，

膨脹后當(dāng)氣體重新回復(fù)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，其比熱力學(xué)能亦與原來(lái)一樣，沒有變更：若為志向氣體，則其溫度不變。

⑵當(dāng)隔板上有一小孔，氣體從A泄漏人B中，若隔板為良好導(dǎo)熱體，A、B兩部分氣體時(shí)刻應(yīng)有相同的溫度，當(dāng)A、B

兩部分氣體壓力相同時(shí)，A、B兩部分氣體處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，狀況像上述作自由膨脹時(shí)一樣，兩部分氣體：13有相同的

比熱力學(xué)能，按其容積比安排氣體的總熱力學(xué)能：若隔板為絕熱體，則過程為A對(duì)B的充氣過程，由于A部分氣體需對(duì)

進(jìn)入B的那一部分氣體作推動(dòng)功，充氣的結(jié)果其比熱力學(xué)能將比原來(lái)削減，B部分氣體的匕熱力學(xué)能則會(huì)比原來(lái)上升，

最終兩部分氣體的壓力會(huì)達(dá)到平衡,但A部分氣體的溫度將比B部分的低（見習(xí)題4-22）.

2.熱力學(xué)第確定律的能信方程式是否可寫成

q=Au+Pv

q2-Q\=(〃2-/)+(卬2一嗎)

的形式，為什么？

答：⑴熱力學(xué)第確定律的基本表達(dá)式是：

過程熱量=工版的熱力學(xué)能變更+過程功

第一個(gè)公式中的Pv并非過程功的正確表達(dá)，因此該式是不成立的；

⑵熱量和功過程功都是過程的函數(shù)，并非狀卷的函數(shù)，對(duì)應(yīng)于狀態(tài)1和2并不存在什么ql,q2和wl、w2：對(duì)于過程

1-2并不存在過程熱量夕=-%和過程功卬=卬？一卬J因此其次個(gè)公式也是不成立的。

3..熱力學(xué)第確定律解析式有時(shí)寫成下列兩種形式:

分別探討上述兩式的適用范圍。

答：第一個(gè)公式為熱力學(xué)第確定律的最普遍表達(dá)，原則上適用于不作宏觀運(yùn)動(dòng)的一切系統(tǒng)的全部過程；其次個(gè)表達(dá)式中

由于將過程功表達(dá)成工“戶，八，

這只是對(duì)簡(jiǎn)潔可壓縮物質(zhì)的可逆過程才正確，因此該公式僅適用于簡(jiǎn)潔可壓縮物質(zhì)的可逆過程。

4..為什么推動(dòng)功出現(xiàn)在開口系能向:方程式中，而不出現(xiàn)在閉口系能位方程式中？

答：當(dāng)流體流淌時(shí)，上游流體為了在下游占有一個(gè)位置，必需將相應(yīng)的下游流體推擠開去，當(dāng)有流體流進(jìn)或流出系統(tǒng)時(shí)，

上、下游流體間的這種推擠關(guān)系，就會(huì)在系統(tǒng)與外界之間形成一種特有的推動(dòng)功(推動(dòng)功或推出功)相互作用。反之，

閉【I系統(tǒng)由于不存在流體的宏觀流淌現(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(dòng)功作用，

所以在閉口系統(tǒng)的能量方程式中不會(huì)出現(xiàn)推動(dòng)功項(xiàng)。

5..稔定流淌能量方程式(2-16)是否可應(yīng)在于活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)械的稔定工況運(yùn)行的能量分析？為什么？

答：可以。就活塞式殖氣機(jī)這種機(jī)械的個(gè)工作周期而言，其工作過程雖是不連續(xù)的，但就段足夠K的時(shí)間而言《機(jī)

器的每一工作周期所占的時(shí)間相對(duì)很短)，機(jī)器是在不斷地進(jìn)氣和排氣，因此，對(duì)于這種機(jī)器的穩(wěn)定工作狀況，穩(wěn)態(tài)稔

流的能量方程是適用的。

6..開口系實(shí)施檜定流淌過程，是否同時(shí)滿意下列三式

3。=dU+bW

6。=dH+6W,

6Q=dH+yJcJ+”gdz+8匕

上述三式中W、Wt和Wi的相互美系是什么？

答：是的，同時(shí)滿意該三個(gè)公式。

第?個(gè)公式中dU指的是流體流過系統(tǒng)時(shí)的熱力學(xué)能變更，6K是流體流過系統(tǒng)的過程中對(duì)外所作的過程功：其次個(gè)公

式中的6也指的是系統(tǒng)的技術(shù)功：第三個(gè)公式中的5粒指的是流體流過系統(tǒng)時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)機(jī)器所作的內(nèi)部功。對(duì)通

常的熱工裝置說來(lái)，所謂“內(nèi)部功”與機(jī)器袖功的區(qū)分在于前者不考慮機(jī)器的各種機(jī)械摩擦，當(dāng)為可逆機(jī)器設(shè)備時(shí)，兩

者是相等的。從根本上說來(lái)，技術(shù)功、內(nèi)部功均來(lái)源:過程功。過程功是技術(shù)功與流淌功(推出功與推動(dòng)功之差)的總

和；而內(nèi)部功則是從技術(shù)功中扣除了流體流;惜動(dòng)能和重力位能的增量之后所剩余的部分。

7.幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖2-12所示。工程上幾臺(tái)壓氣機(jī)同時(shí)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1T、2-2和3-3截面之間的空間為限制體積，列出能量方程式，并

導(dǎo)出山口截面上熔值h3的計(jì)算式。.親d

答：認(rèn)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，并忽視流體的宏觀動(dòng)能和重力位

能。對(duì)所定義的系統(tǒng)，由式(2-28)一

Q=第+￡[(〃+4T+gz)m]—￡[(/?++gzym}+WM

drI-1Noutji-l/in.i

應(yīng)有能量平衡￡(nA)(JOFT)=0

?，if

Z]Ai+IH,A2=m,A,

MJ

第3章志向氣體的性質(zhì)

1.怎樣正確看待“志向氣體”這個(gè)概念？在進(jìn)行實(shí)際計(jì)算時(shí)如何確定是否可采納志向氣體的?些公式？

答：志向氣體并非實(shí)際存在的氣體。它只是通常氣體的一種抽象物，當(dāng)實(shí)際氣體壓力趨于零，比體積趨于無(wú)限人時(shí)才表

現(xiàn)出志向氣體性質(zhì)。相對(duì)通常的壓力和溫度而言，當(dāng)實(shí)際氣體的溫度較高，壓力較低,而計(jì)算精度要求又不是太高時(shí)，

可以采納志向氣體的一些公式對(duì)之進(jìn)行計(jì)算，

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？任何氣體在隨意狀態(tài)下摩爾體積是否都是

0.022414mVmol?

答：同溫同壓下，任何1摩爾氣體都具有相司的容積。但是，若氣體的狀態(tài)不同，其摩爾體積并不相同，只在標(biāo)準(zhǔn)狀況

卜一氣體的千摩爾體積才等于22.4mykmol..

3.摩爾氣體格?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8.3143kJ/(kmol-K),不因氣體的種類不同或狀態(tài)不同而異。

4.假如某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為Pv=RgT,邨么這種工質(zhì)比熱容、熱力學(xué)能、焙都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？

答：志向氣體的狀態(tài)方程式為Pv=RgT,聽從這一方程的氣體均屬志向氣體。依據(jù)志向氣體模型，其熱力學(xué)能、培都儀

僅是溫度的函數(shù)。志向氣體的比熱容與過程的性質(zhì)有關(guān)，也與溫度有關(guān)，對(duì)于確定的過程而言，志向氣體的比熱容僅是

溫度的函數(shù)。

5.對(duì)于??種確定的志向氣體，(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是否總是同確定

值？

答：依據(jù)邁耶公式，cp-cv=Rg,對(duì)于一種確定的志向氣體Rg是一常數(shù)，不因溫度變更而變更。熱容比

cp/cv則不同，它與氣體的種類有關(guān)，而且，對(duì)于一種確定的志向氣體它還與氣體的溫度有關(guān)，隨濕上升

而降低。

6.邁耶公式cp-cv=Rg是否適用于志向氣體混合物？是否適用于實(shí)際氣體？

答：邁耶公式cp-cv=Rg也適用于志向氣體混合物，這時(shí)式中的cp、cv應(yīng)是混合氣體的定樂比熱容和定容比熱容，對(duì)于

質(zhì)量比熱容，應(yīng)有cp=Ewicp,i,cv=Ewicv.i；Rg是混合氣體的折算氣體常數(shù)，

Rg=EwiRg.i,以上wi為混合氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

邁耶公式依據(jù)志向氣體的熱力學(xué)能和熔為溫變的單值函數(shù)這一性質(zhì)導(dǎo)出，不適用于實(shí)際氣體。

7.試論證熱力學(xué)能和焙是狀態(tài)參數(shù)。志向氣體熱力學(xué)能和給有何特點(diǎn)？

答：所謂熱力學(xué)能是指因物質(zhì)內(nèi)部分子作熱運(yùn)動(dòng)的所具有的內(nèi)動(dòng)能，分子間存在相互作用力而相應(yīng)具有的內(nèi)位旎、維持

確定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能、原子核內(nèi)部的原子能，以及電磁場(chǎng)作用下的電磁能等。在無(wú)化學(xué)反應(yīng)、原子核反應(yīng)的狀況下，

物質(zhì)的化學(xué)能和原子核能無(wú)變更，可不予考慮，物質(zhì)的熱力學(xué)能變更僅包含內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)位能的變更。

依據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論和量子理論，普遍說來(lái)分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的內(nèi)動(dòng)能是溫度的函數(shù)，而內(nèi)位能則是溫度和比體積的函數(shù)，

即物質(zhì)的熱力學(xué)能是物質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。

依據(jù)熱力學(xué)第確定律.工質(zhì)從狀態(tài)1經(jīng)某種熱力過程變更到狀態(tài)2時(shí)，有能量平衡關(guān)系

dQ=dU+dW

從另一方面說來(lái)，當(dāng)工質(zhì)經(jīng)驗(yàn)熱力循環(huán)時(shí)，應(yīng)有循環(huán)的凈熱量等于循環(huán)的凈功：?

\dQ=\dW{iJ(dQ-dW)=O

如此，對(duì)于如圖所示的la2cl和lb2cl兩個(gè)熱力循環(huán)，應(yīng)有?------------

[2(d2_dW)+J,、](dQ_dW)=0

J”(dQ-dW)+h(dQ-dW)=0

對(duì)比兩式，可見

由熱力學(xué)笫確定律的表達(dá)式，依據(jù)式①及②W

JdU=O

Ldu=Ldu

這表明積分函數(shù)du的求枳結(jié)果與路徑無(wú)關(guān)，即du是某個(gè)狀態(tài)參數(shù)的全微分，可見熱力學(xué)能U為狀態(tài)參數(shù)。

8.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u=fu(P,v)。但乂曾得出結(jié)論，志向氣體的熱力學(xué)能、

炮只取決于溫度，這兩點(diǎn)是否沖突？為什么？

答：不沖突。依據(jù)志向氣體模型，志向氣體的分子只有內(nèi)動(dòng)能，不存在內(nèi)位能，其熱力學(xué)能僅包含內(nèi)動(dòng)能，因此其熱力

學(xué)能u只是溫度的函數(shù)。給參數(shù)h的定義為h=u+Pv,由于志向氣體遵循狀態(tài)方程Pv=RgT,可見志向氣體的培參數(shù)也

僅為溫度的函數(shù)。另?方面，從狀態(tài)方程看志向氣體的溫度T應(yīng)是其壓力P和比體積v的函數(shù)，因而熱力學(xué)能u和焰參

數(shù)h也可以表達(dá)為壓力P和比體積v的函數(shù)，一個(gè)狀態(tài)參數(shù)是另一個(gè)狀態(tài)參數(shù)的單值函數(shù)，這說明兩者間具有一種特別

的同一關(guān)系，相互間不是獨(dú)立的。事實(shí)上氣為的狀態(tài)是不行能由這兩者來(lái)共同確定的，要確定氣體的狀態(tài)必播給出兩個(gè)

獨(dú)立參數(shù)，這是普遍的關(guān)系。

9.為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、熔、端為零的基準(zhǔn)可以任選？志向氣體的熱力學(xué)能或爛的參照狀態(tài)通常選定哪個(gè)或哪些個(gè)狀

態(tài)參數(shù)值？對(duì)志向氣體的尷乂如何？

答：由于熱工計(jì)和中通常只是須要知道工質(zhì)的熱力學(xué)能、燧或情的變更值，因此無(wú)需追究他們的確定值，只要選定參照

狀態(tài)作為基準(zhǔn)，為之確定相對(duì)值就可以了。志向氣體通常取熱力學(xué)溫度為零(0K),或攝氏溫度為零時(shí)(0T)的狀態(tài)作為基

準(zhǔn)狀態(tài)，令此時(shí)的熱力學(xué)能和恰參數(shù)為零，以確定其它狀態(tài)下的相對(duì)值：氣體的端參數(shù)通常取OK,0.1013MPa為參照狀

態(tài)，令氣體在該狀態(tài)卜的病參數(shù)相對(duì)值為零,

10..氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及so的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)？

答：這時(shí)的基準(zhǔn)狀態(tài)是熱力學(xué)溫度為零(0K),

11.在圖3-8所示T-s圖上隨意可逆過程1-2的熱量如何表示？志向氣體在1和2狀態(tài)間的熱力學(xué)能變更量、始變更量如

何表示？若1-2經(jīng)過的是不行逆過程又如何？

答：①對(duì)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(lái)表示；

②由于志向氣體的熱力學(xué)能是溫度的總值函數(shù)，溫度相同時(shí)其熱力學(xué)能相同，圖附一中點(diǎn)3與點(diǎn)

2溫度相同，因此其熱力學(xué)能相同。又因可逆定容過程的熱覺等于熱力學(xué)能增量，因此圖口所示

定容線1-3下面帶陰影線部分的面枳代表志向氣體過程12的熱力學(xué)能變更。

作圖方法：過點(diǎn)［作定容過程線：過點(diǎn)2作定溫線與定容線交于點(diǎn)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(xué)能變更。

③由于志向氣體的燧是溫度的單值函數(shù)，溫度相同時(shí)其熔相同，圖附二中點(diǎn)3與點(diǎn)2溫度相同，因此其均相同。又因可

逆定壓過程的熱信等于培增最，因此圖

中所示定壓線1-3下面帶陰影線部分的面積代表志向氣體過程12的培變

更。

作圖方法：過點(diǎn)1作定壓過程線；過點(diǎn)2作定溫線與定壓線交于點(diǎn)3。定

壓過程13的過程線與橫軸s間所夾的面積即為過程12的婚變更。

④若1-2過程為不行逆過程，則其熱量不能以過程曲線下面的面枳來(lái)表示,原則上在T-S圖上表示不出來(lái)。不過由于熱

力學(xué)能和焰為狀態(tài)參數(shù),1、2之間的熱力學(xué)能和炮的變更量不因過程1-2的性質(zhì)而變更,因此熱力學(xué)能和嬉的變更表示

方法仍如前述。

12.志向氣體埼變計(jì)算式(3-34a)、(3-35a)、(3-36a)、(3-37a)等是由可逆過程導(dǎo)出的，這些計(jì)算式是否可用于不行逆過程初、

終態(tài)的焉變計(jì)尊？為什么？

答：可以。墻是狀態(tài)參數(shù)，只要初、終狀態(tài)相同，不論經(jīng)驗(yàn)何種過程工質(zhì)的嫡變應(yīng)相同，因此以上4式對(duì)志向氣體的任

何過程都適用。

13.熠的數(shù)學(xué)定義式為，比熱容的定義式為，故有.由此認(rèn)為：志向氣

體的比熱容是溫度的單值的函數(shù),所以志向氣體的病也是溫度的單值函數(shù)。試問這一結(jié)論是否正確？若不正確，錯(cuò)在何

處？

答：此結(jié)論不正確。

志向氣體的比熱容是與過程性質(zhì)有關(guān)的一個(gè)物理量，對(duì)于不同性質(zhì)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(yīng)當(dāng)說確定的過程中志向氣體的比熱容是溫度的單值的函數(shù)?？梢姾?jiǎn)潔地依據(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)，從而畸參數(shù)也只是溫度的函數(shù)是不對(duì)的。

M.試推斷下列各說法是否正確：

⑴氣體吸熱后嫡確定增大：

⑵氣體吸熱后溫度確定上升；

⑶氣體吸熱后熱力學(xué)能確定上升：

⑷氣體膨脹時(shí)確定對(duì)外作功：

⑸氣體壓縮時(shí)確定耗功。

答：⑴說法正確。由系統(tǒng)（CM）的爆方程S=Sf+Sg,依據(jù)淄產(chǎn)原理，過程的烯產(chǎn)Sg恒久為正值。而系統(tǒng)吸熱時(shí)其熱

墻流Sf亦為正值，故氣體吸熱后端確定增大。

⑵說法不正確。氣體的熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù)，氣體溫度上升時(shí)其熱力學(xué)能確定增大。由熱力學(xué)第確定律Q=au+w,

即AUMQ-W,值為正或?yàn)樨?fù)要由Q和W共同確定，系統(tǒng)吸熱時(shí)Q雖為正值，但若系統(tǒng)對(duì)外界所的作功《正值》

大于吸熱量時(shí)，其熱力學(xué)能的變更4U值將有可能成為負(fù)值，這時(shí)氣體的溫度將降低

⑶說法不正確。理由同（2）。

⑷說法不正確。可逆過程中氣體的過程功為救=PdV,式中氣體的壓力為正值，氣體膨脹時(shí)dV亦為正值，故由V確定等

于正值——?dú)怏w對(duì)外作功。但過程若不行逆，譬如氣體向真空作自由膨脹時(shí)因無(wú)需克服外力，其過程功當(dāng)為零。

⑸說法正確。氣體本身有壓力，令氣體壓縮，體積變小，外界必需克服氣體的壓力移動(dòng)其邊界，因而無(wú)論過程可逆與否

都要外界對(duì)氣體作功。

15.道爾頓分壓定律和亞美格分體積定律是否適用丁?實(shí)際氣體混合物？

答：不適用。所說的兩個(gè)定律都是依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程導(dǎo)出的，應(yīng)而不適用于實(shí)際氣體混合物。

16.混合氣體中假如己知兩種組分A和B的摩爾分?jǐn)?shù)xA>xB,能否斷定質(zhì)信分?jǐn)?shù)也是wA>v/B?

答：不能。由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)（份額）與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系為

可見兩種組分的質(zhì)量成分之比除與摩爾成分有關(guān)外，還與它們的摩爾質(zhì)量（或氣體常數(shù)）的大小有關(guān)。

第4章志向氣體的熱力過程

1.分析氣體的熱力過程要解決哪些問題？用什么方法解決？試以志向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)）變更規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換的狀況，進(jìn)而找出影響

這種轉(zhuǎn)換的主要因素。

分析氣體熱力過程的詳細(xì)方法是：將氣體視司志向氣體：將詳細(xì)過程視為可逆過程，并突乜詳細(xì)過程的主要特征，志向

化為某種簡(jiǎn)潔過程：利用熱力學(xué)基本原理、狀態(tài)方程、過程方程，以及熱力學(xué)狀態(tài)坐標(biāo)圖進(jìn)行分析和表示。

對(duì)于志向氣體的定溫過程““（從路）

2.對(duì)于志向氣體的任何一種過程，下列兩組公式是否都適用：

_

Au-er（/,G）

Ah=c,（/2-）

jq-Au-c,-fj）

|<?=Ah=cp（tj-f,）

答：因?yàn)橹鞠驓怏w的熱力學(xué)能和熔為溫度的單值函數(shù)，只要溫度變更相同，不論經(jīng)魁任何過程其熱力學(xué)能和培的變更都

會(huì)相同，因此，所給第一組公式對(duì)志向氣體的任何過程都是適用的：但是其次組公式是分別由熱力學(xué)第確定律的第一和

其次表達(dá)式在可逆定容和定壓條件卜導(dǎo)出，因而僅分別適用于可逆的定容或定壓過程0就該組中的兩個(gè)公式的前?段而

吉均用于任何工偵，但刈兩公式后一段所表達(dá)的關(guān)系而古則僅增用于志向氣體。

3.在定容過程和定壓過程中，氣體的熱量可濃據(jù)過程中氣體的比熱容乘以溫差來(lái)計(jì)算。定溫過程氣體的溫度不變，在定

溫膨脹過程中是否需對(duì)氣體加入熱量？假如加入的話應(yīng)如何計(jì)算？

答：在氣體定溫膨脹過程中事實(shí)上是須要加入熱量的。定溫過程中氣體的比熱容應(yīng)為無(wú)限大，應(yīng)而不能以比熱容和溫度

變更的乘枳來(lái)求斛f,最基本的求解關(guān)系應(yīng)是熱力學(xué)第確定律的基本表達(dá)式：q=Au+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(guān)。由定溫過程熱量公式可見，只要狀態(tài)參數(shù)

Pl、vl和v2確定了，q的數(shù)值也確定了，是否q與途徑無(wú)關(guān)？q=In：：

答：否。所說的定溫過程熱量計(jì)算公式利用志向氣體狀態(tài)方程、氣體可逆過程的過程功dw=pdv,以及過程的定溫條件

獲得，因此僅適用于志向氣體的定溫過程。式中的狀態(tài)1和狀態(tài)2,都是指定溫路徑上的狀態(tài),并非隨意狀態(tài)，這本身

就確定無(wú)疑地說明熱信是過程最，而非與過程路徑無(wú)關(guān)的狀態(tài)量。

5.在閉口熱力系的定容過程中，外界對(duì)系統(tǒng)施以攪拌功Bw,問這時(shí)6Q=mcvdT是否成立？

答：不成立。只是在內(nèi)部可逆的單純加熱過程中（即無(wú)不行逆模式功存在時(shí)）才可以通過熱容與溫度變更的乘積來(lái)計(jì)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(shí)候）才可以通過上述熱量計(jì)算公式計(jì)算熱

SL對(duì)工質(zhì)施以攪拌功時(shí)是典型的不行逆過程。

6.試說明絕熱過程的過程功w和技術(shù)功wt的計(jì)算式

W=%—；叱=4一%

是否只限于志向氣體？是否只限于可逆絕熱過程？為什么？

答：以上兩式僅依據(jù)絕熱條件即可由熱力學(xué)第確定律的第一表達(dá)式q=Aur及其次表達(dá)式q=4h,t導(dǎo)出，與何種工質(zhì)

無(wú)關(guān)，與過程是否可逆無(wú)關(guān)。

7.試推斷下列各種說法是否正確：

⑴定容過程即無(wú)膨脹（或壓縮）功的過程；（2）絕熱過程即定淄過程：（3）多變過程即隨意過程。

答：①膨脹功（壓縮功）都是容積（變更）功，定容過程是一種系統(tǒng)比體積不變，對(duì)限制質(zhì)量或說系統(tǒng)容枳不變的過程,

因此說定容過程即無(wú)膨脹（或壓縮）功的過程是正確的；

②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(wú)伴

隨熱流的燃流存在，但若為不行逆過程，由于過程中存在爆產(chǎn)，則系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)該過程后會(huì)因有燃的產(chǎn)生而發(fā)生燧的額外增

加，事實(shí)上只是可逆的絕熱過程才是定熠過程，而不行逆的絕熱過程則為嫡用大的過程，故此說法不正確：

③多邊過程是指遵循方程=常數(shù)（n為某一確定的實(shí)數(shù)）的那一類熱力過程，這種變更規(guī)但雖較具普遍性，但并不包括

一切過程，因此說多變過程即陋意過程是不正確的。

8.參照?qǐng)D4-15,試證明：ql-2-3￥ql-4-30圖中1-2,4-3為定容過程，L4、2-3為定壓過程。，__

答：由于W―2-3=卬-2+川2_3；明-4-3=卬>4+卬4-31[

其中wl-2、W4-3為定容過程功，等于零：w2-3、wl-4為定樂過程功，等于vP。由于

?

Cr?A?，A?，B4-15■,■8附.

p2>prAv2_3=Avl.4

故

%2-3>昨4.3

（另一方面，P-v圖上過程曲線與橫軸?/之間所夾的面積代表過程功，顯見wl-2=w4-3=0；w2-3>w4-3,即

wl-2-3>wl-4-3）。

依據(jù)熱力學(xué)第確定律：q=ZiU+W對(duì)熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)U,應(yīng)有A“”2_3=△“1-4-3=△“1-3

可見夕1-2-3>4~4-3

9.如圖4-16所示，今有兩個(gè)隨意過程a-b及a-c,其中b、c在同一條絕熱線上。試問AUab與AUac哪個(gè)大？若b、c

在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？外,

答：由于b、c在同一條絕熱線上，過程b-c為絕熱膨脹過程，山熱力學(xué)第確定律，有I\

?4-16?W*9MRB

過程中系統(tǒng)對(duì)外作膨脹功，Wbc>0,故有Ub>UC因此，應(yīng)有

若b、C在同?條定溫線上，依據(jù)志向氣體的熱力性質(zhì)，則有

10.在T-s圖上如何表示絕熱過程的技術(shù)功W：和膨脹功W?

答：依據(jù)熱力學(xué)第確定律，絕熱過程的技術(shù)功Wt和過程功W分別應(yīng)等于過程的燃增量和熱力學(xué)能增量的負(fù)值，因此，

在T-s圖上絕熱過程技術(shù)功wt和膨脹功w的表示，事實(shí)上就是過程的培增量和熱力學(xué)能增危的表示。詳細(xì)方法為：(見

第3章思索題11)

11.在P-V圖和T-s圖上如何推斷過程中q、小Au、Ah的正負(fù)？

答：當(dāng)過程曲線分別指向絕熱線、定容線、定溫線的右側(cè)時(shí)q、w、Au、Ah值為正；反之為負(fù)。

第5率熱力學(xué)其次定律

1.熱力學(xué)其次定律能否表達(dá)為：“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮埽鵁崮懿恍心苋孔優(yōu)闄C(jī)械能。”這種說法有什么不妥當(dāng)？

答：熱力學(xué)其次定律的正確表述應(yīng)是：熱不行能全部變?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(dāng)、不正確的。

2.自發(fā)過程是不行逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程，這一說法是否正確？

答：此說法不止確。自發(fā)過程具有方向性，因而必定是不行逆的；非自發(fā)過程是在確定補(bǔ)充條件下發(fā)生和進(jìn)行的過程，

雖然從理論上說來(lái)或許可以做到可逆，但事實(shí)上實(shí)際過程都不行逆，因?yàn)椴恍心嬉蛩乜偸潜荛_不了的。

3.請(qǐng)給“不行逆過程”一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x。熱力過程中哪幾種不行逆因素？

答：所謂不行逆過程是指那種系統(tǒng)完成逆向變更回史到原先狀態(tài)后，與其發(fā)生過相互作用的外界不能一一回曳到原來(lái)狀

態(tài)，結(jié)果在外界遺留下了某種變更的過程。簡(jiǎn)潔地講，不行逆過程就是那種客觀上會(huì)造成某種不行復(fù)原的變更的過程。

典型的不行逆因素有：機(jī)械摩擦、有限溫差下的傳熱、電阻、自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散、混合、物質(zhì)從一相溶入另一相的

過程等。

4.試證明熱力學(xué)其次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。

證：熱力學(xué)其次定律的克勞修斯表述是：熱不行能自發(fā)地、不付代價(jià)地從高溫物體傳至低溫物體。?贏嘴J

開爾文表述則為：不行能從單一熱源取熱便夕全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)牛其宗影響“依據(jù)開爾文通法.砥

遵循熱力學(xué)其次定律的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)其原則性工作系統(tǒng)應(yīng)有如圖4