第十六章热力学基础.doc

第十六章热力学基础16-1 0.02 kg的氨气(视为理想气体)，温度由17°C升为27°C.若在升温过程中，(1)体 积保持不变；(2)压强保持不变；(3)不与外界交换热量；试分别求出气体内能的改变、吸 收的热量、外界对气体所作的功.(普适气体常量/?=8.31 J- mol^K-1)(答案：Q = AE=623J, W=0； AE=623J , Q=1.04X 103J, VV = 417 J：2=0, IV=-AE=-623 J(负号表示外界作功))16-2汽缸内有2 mol氮气，初始温度为27°C,体积为20 L(升),先将氮气等压膨胀, 直至体积加倍，然后绝热膨涨，直至回复初温为止.把氮气视为理想气体.试求：(1) 在p-V图上大致画出气体的状态变化过程.(2) 在这过程中氨气吸热多少？(3) 氧气的内能变化多少？(4) 氮气所作的总功是多少？(普适气体常量7?=8.31 J-moE^K-1)(答案：p-m略；1.25X104 J； 0； 1.25X104 J)16-3为了使刚性双原子分子理想气体在等压膨胀过程中对外作功2 J,必须传给气体多 少热量？(答案：7J)16-4 I mol双原子分子理想气体从状态沿“ -V 图所示直线变化到状态B (”2“2)，试求：(1) 气体的内能增量.(2) 气体对外界所作的功.(3) 气体吸收的热量.(4) 此过程的摩尔热容.(摩尔热容C =\QI\T ,其中aQ表示1 mol物质在过 程中升高温度灯时所吸收的热量.)（答案:|'（"2卩2-"M）； +（"1 + ”2）（卩2 -％）； 3（p2V2—Pl V1 ）; 3R）16-5 一定量的单原子分子理想气体，从初 态A出发，沿图示直线过程变到另一状态B, 乂 经过筹容、等压两过程回到状态A.(1) 求A-B, B-C, C-*A各过程中系统对 外所作的功W,内能的增量以及所吸收的热 量Q.(2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以 及从外界吸收的总热量(过程吸热的代数和).(答案：A-B： W|=200J, AEI=750J, 0】=75OJ； B—C： W2 =0, A F2= =-600 J；C-*A： W3 =— 100J, △£'3=—150J, 03=—250J；w= VV! +w2 +W3=100J, 0=0+02+03=100」)16-6温度为25°C、压强为1 atm的1 mol刚性双原子分子理想气体，经等温过程体积 膨胀至原来的3倍.(普适气体常量R=8.31 J-mor^K-1, In 3=1.0986)(1) 计算这个过程中气体对外所作的功.(2) 假若气体经绝热过程体积膨胀为原來的3倍，那么气体对外作的功乂是多少？(答案:2.72XI03 J； 2.20X103 J)16-7如图所示，AB、DC是绝热过程,CEA是等温过程,BED 是任意过程,组成一个循环。

若图中EDCE所包围的面积为70 J, EABE所包围的面积为30J,过程中系统放热100 J,求BED过程中 系统吸热为多少？(答案：140 J)16-8 I mol理想气体在厂=400 K的高温热源与门=300 K的低温热源间作卡诺循环 (可逆的),在400 K的等温线上起始体积为Vi =0.001 m3,终止体积为V2 = 0.005 m3,试求 此气体在每一循环中(1) 从髙温热源吸收的热量0 ](2) 气体所作的净功W(3) 气体传给低温热源的热量02(答案：5.35X10% 1.34X10% 4.01X103J)16-9 一定量的某种理想气体进行-如图所示的循环 过程.已知气体在状态4的温度为0=300 K,求(1) 气体在状态3、C的温度；(2) 各过程中气体对外所作的功；(3) 经过整个循环过程，气体从外界吸收的总热量 (各过程吸热的代数和).400 J, B-C： -200 J, C^A： 0； 200 J)p (atm)(答案：100 K, 300 K； A^B：16-10 I mol氨气作如图所示的可逆循环 过程，其中“和cd是绝热过程，处和如为等体 过程,己知 Vi = 16.4 L, V2 = 32.8 L, pa = 1 atm, /?/, = 3.18 atm, pe = 4 atm, = 1.26 atm, 试求：(1) 在冬态氨气的温度.(2) 在c态氨气的内能.(3) 在一循环过程中氮气所作的净功.(1 atm= 1.013X1()5 Pa)(普适气体常聚R = 8.31 J- mol-1- K_,)(答案：几=400K,几=636K, TC = 8OOK；咼=9.97X10、J； 0.748X10、J)16-11 一卡诺循环的热机，高温热源温度是400 K.每一循环从此热源吸进100 J热量 并向--低温热源放出80 J热量.求：(1) 低温热源温度；(2) 这循环的热机效率.(答案：320 K： 20%)16-12 一定量理想气体，经历如图所示的循环过程，其中和 CD是等压过程，BC^DA是绝热过程，11知7Y = 300K, TB = 400 K,(1) 这循环是不是卡诺循环？为什么？(答案：不是卡诺循环；25%)(2) 求此循环的效率.16-13 1/个mol的某种理想气体，开始时处丁•压强为pi，体积为旳的状态.经等压膨胀过程，体积变为巾.然后经绝热膨胀过程，体积变为巾.最后经 等温压缩过程回到始态.已知匕和乞，求此循环的效率.(答案：7]=16-14气缸内贮有36 g水蒸汽（视为刚性 分子理想气体），经abeda循环过程如图所 示.其中a_b、c~d为等体过程，b~c为等 温过程，cl_a为等压过程.试求：（1） d_a过程中水蒸气作的功W九（2） a-b过程中水蒸气内能的增量A%（3） 循环过程水蒸汽作的净功W（4）循环效率〃（注：循环效率W/Q}9 W为循环过程水蒸汽对外作的净功，0为循环过程水蒸汽吸 收的热量,1 atm= 1.0I3XI05 Pa）（答案：VK^=-5.O65xlO3 J； A£^=3.039X104J； W=5.47Xl（pJ； n=13%）16-15设以氮气（视为刚性分子理想气体）为工作物质进行卡诺循环，在绝热膨胀过程中 气体的体积增人到原來的两倍，求循环的效率.（答案：24%）16-16 一理想气体的循环过程如图所 示.由1经绝热压缩到2,再等体加热到3然 后绝热膨胀到4,再等体放热到1・设力,V2, 灿已知，且循环的效率n=W!Q（式中W为循环 过程气体对外作的净功，0为循环中气体吸收 的热量），求证：此循环的效率7 = 1-（V1/V2）,-z16-17 一致冷机用理想气体为工作物质进行如图所示的 循环过程，其中"、cd分别是温度为门、八的等温过程，be、 如为等压过程.试求该致冷机的致冷系数.16-18 I mol单原子分子理想气体，在恒定压强下经一准静态过程从0°C加热到100°C, 求气体的爛的改变. （普适气体常量/? = 8.31J-mo「・Ki）（答案：6.48 J/K）619 1 mol理想气体绝热地向真空门由膨胀，体积由H）膨胀到2心 试求该气体爛的改 变.（答案：7?ln2）16-20己知1 mol单原子分子理想气体，开始吋处于平衡状态，现使该气体经历等温过 程（准静态过程）压缩到原來体积的一•半.求气体的爛的改变.（普适气体常量/? = 8.31 J・moL・K-1）（答案：-5.76 J/K）。