热力学思考题答案.docx

1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量 保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定 2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可 分割，所以开口系统不可能是绝热系对不对，为什么？ 不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热 量） ，随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中 3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？ 平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态 4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的 读数会改变吗？绝对压力计算公式 p=pb+pg (p> pb), p= pb -pv pb pg1 p2=pg2+p1 (p0q1-4-3，证毕 9．如图 4-18 所示，今有两个任意过程 a–b 及 a–c，b所以，q1-2-3 uac 哪个大？(2) 若 b 点及 c 点在同一条 定温线上，结果又如何？ p b p b Tbuab 与 点及 c 点在同一 条绝热线上，(1) 试问 Tca O 图 4-18 vc Oac v 图 4-18 题解依题意， b>Tc， T uab所以>uac。

10．理想气体定温过程的膨胀功等于技术功能否推广到任意气体？uab= uac b 点及 c 点在同一条定温线上， 若 则 h 不一定等于 u 和h， 非理想气体的u 和 wt=q–从热力学第一定律的第一表达式和第二表达式来看，膨胀功和技 术功分别等于 w=q– 零，也不可能相等，所以理想气体定温过程的膨胀功等于技术功不能 推广到任意气体 11．下列三式的使用条件是什么？ p2v2k=p1v1k，T1v1k-1=T2v2k-1，T1 p 11 k k =T2 p 21k k使用条件是：理想气体，可逆绝热过程 12．T–s 图上如何表示绝热过程的技术功 wt 和膨胀功 w？p=0 v=04-13 在 h 的正负 通过过程的起点划等容线（定容线） ，过程指向定容线右侧，系统u、 p—v 和 T—s 图上如何判断过程 q、w、 对外作功，w>0；过程指向定容线左侧，系统接收外功，w0；过程指向定压线上侧，系统接收外来技术功， wth0、>0 通过过程的起点划等熵线（定熵线） ，过程指向定熵线右侧，系统 吸收热量，q>0；过程指向定熵线左侧，系统释放热量，q0 的过程必为不可逆过程。

答： （1） 错不可逆绝热过程熵也会增大 （2） 错，不准确不可逆放热过程，当放热引起的熵减大于不 可逆引起的熵增时（亦即当放热量大于不可逆耗散所产生的热量时） ， 它也可以表现为熵略微减少，但没有可逆放热过程熵减少那么多 （3） 错不可逆放热过程，当放热引起的熵减等于不可逆引起 的熵增时（亦即当放热量等于不可逆耗散所产生的热量时） ，它也可以 表现为熵没有发生变化 （4）错可逆吸热过程熵增大 （5）错理由如上可以说： “使孤立系统熵增大的过程必为不可逆过程 ” （6）对 5-9 下述说法是否有错误： S 不可逆S 无法计算； （2） 如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆， 则（1）不可逆过程的熵变>S Sf，不可逆可逆，>Sg，不可逆Sf，可逆， >Sg，可逆； （3）不可逆绝 热膨胀终态熵大于 初态熵 S2>S1，不可逆绝热压缩终态熵小于初态熵 S2Sg，可逆因 为熵是状态参数，同一初始状态和同一终了状态之间的熵差保持同一 数值，与路径无关 （3）错不可逆绝热压缩过程的终态熵也大于初态熵，S2> 0 ，因为熵是状态参数 5-10 从点 a ds S1。

（4）错 开始有两个可逆过程：定容过程 a–b 和 p 定压过程 a–c，b、c 两点在同一条绝热线上（见图 5–34） 问 qa–b 和 qa–c 哪个大？并在 T–s 图上表示 ， 过程 a–b 和 a–c 及 qa–b 和 qa–c 答： 可逆定容过程 a-b 和可逆定压过程 a-c 的逆0 图 5–34 bqTr0ac v过程 c-a 以及可逆绝热线即定熵线上过程 b-c 构成一可逆循环， 它们围 成的面积代表了对外作功量，过程 a-b 吸热，过程 c-a 放热，根据热力 qa-b学第一定律，必然有>，才能对外输出净功也就是， qc-aqa-b>qa-c 图中，qa-b 为 absbsaa 围成的面积，qa-c 为 acsbsaa 围成的面积 5-11 某种理想气体由同一初态经可逆绝热 压缩和不可逆绝热压缩两种过程，将气体压 缩到相同的终压，在 p–v 图上和 T–s 图上 画出两过程，并在 T–s 图上示出两过程的 技术功及不可逆过程的火用损失 答：见图 T p1 T1不可逆 可逆Tbc a sa sb 10 题图 sp p1 T1可逆 不可逆p2p2s1s2s 11 题图v5-12 孤立系统中进行了（1）可逆过程； （2）不可逆过程，问孤立系统 的总能、总熵、总火用各如何变化？ 答： （1）孤立系统中进行了可逆过程后，总能、总熵、总火用都不变。

（2）孤立系统中进行了不可逆过程后，总能不变，总熵、总火用都 发生变化 5-13 例 5–12 中氮气由 0.45MPa、 310K 可逆定温膨胀变化到 0.11MPa、310K，w1–2，max=w=129.71 kJ/kg，但根据最大有用功的概念，膨胀功 减去排斥大气功（无用功）才等于有用功，这里是否有矛盾？ 答：没有矛盾 5-14 下列命题是否正确？若正确，说明理由；若错误，请改正 （1）成熟的苹果从树枝上掉下， 通过与大气、地面的摩擦、 碰撞， 苹果的势能转变为环境介质的热力学能， 势能全部是火用， 全部转变为 火无 （2）在水壶中烧水，必有热量散发到环境大气中，这就是火无，而 使水升温的那部分称之为火用 （3）一杯热水含有一定的热量火用，冷却到环境温度，这时的热量 就已没有火用值 （4）系统的火用只能减少不能增加 （5）任一使系统火用增加的过程必然同时发生一个或多个 使火用减 少的过程5-15 闭口系统绝热过程中， 系统由初态 1 变化到终态 2， w=u1–u2 则 考虑排斥大气作功，有用功为 wu= u1–u2–p0(v1–v2)，但据火用的概念 系统由初态 1 变化到终态 2 可以得到的最大有用功即为热力学能火用差： wu,max=ex,U1–exU2= u1–u2–T0(s1–s2)–p0(v1–v2)。

为什么系统由初态 1 可逆变化到终态 2 得到的最大有用功反而小于系统由初态 1 不可逆变 化到终态 2 得到的有用功小？两者为什么不一致？P170 5-1 t=268 . 15 20 293 . 15  273 . 15  T 2 T1 T1 =11.726Q2=t t1 Q1 1 11 .11 . 726 726104=22867.99kJ/h2.511.726)=2244.23kJ/h=0.623kW104/(0.95t)=2.5N=W/95%=Q1/(0.95 104kJ/h= 6.944kW 5-2 不采用回热 p2=p1=0.1MPa, T4=T1=300K, T3=T2=1000K,N 电炉= Q1=2.5 (1000-300)=702.8kJ/kgq23=400kJ/kg, q12=cp(T2-T1)=1.004 (300-1000)=-702.8kJ/kg q23=RT2ln(p2/p3),q34=cp(T4-T3)=1.004 q41=-T1 q23/T2=q41=RT1ln(p4/p1)=RT1ln(p3/p2)= -RT1ln(p2/p3) / (702.8+400) =-702.8-120/ (q12+q23) =1-q41+q34t=1-400/1000=-120kJ/kg -300 /400=0.70 5-3-120/q23) =1-q41r=1-q12 0.2539 采用极限回热，过程 34 放热回热给过程 12，q34 如图所示，如果两条绝热线可以相交，则令绝 热线 s1、s2 交于 a 点，过 b、c 两点作等压线分 别与绝热线 s1、s2 交于 b、c 点。

于是，过程 bc、ca、ab 组成一闭合循环回路，沿此回路可 进行一可逆循环，其中过程 ca、ab 均为可逆绝 热过程， 只有定压过程 bc 为吸热过程， 而循环 回路围成的面积就是对外净输出功显然，这 构成了从单一热源吸热并将之全部转变为机 械能的热力发动机循环，是违反热力学第二定律的kp b c s2 s1 av 5-3 题图2T  1 T 5-4 (1) p1=p2 1  1 .4  1500 1  k    300    =27.95MPa   0 .1 1 .4(2) 见图 (3) q31=cp(T1-T3)=k k 1R(T1-T2), q23=T1RT2ln(p2/p3)= RT2ln(p2/p1) 3 2 s 5-4 题图RT 300 1 0 .1 27 .95  ln 1 .4 1 .4  300 11 p2 p1  k k 12 ln t=1-q 23 q 31 T 2 T1 R 1500=0.5976 5-5 (1) 'c= 0 . 71 ,  290 1000 1c=1T0 T1 100=140kJ (2) 0.40tQ1=3.5''Wnet=QH=  360 360  T0 TH T H 290=5.14100=365.14kJ (3)0.71cQ1=5.14'c'cWnet,c=QH,c= 此复合系统虽未消耗机械功，但由高温热源放出热量 Q1 作为 代价， 使得部分热量从低温热源 T0 传到较高温热源 TH， 因此并不违背 热力学第二定律。

5-6 300 2000 1c=1T2 T1 =0.851=0.85kJ， 可能作出的最大功为 0.85kJ，cQ1=0.85(1) W= 所以这 种情形是不可能实现的 (2) 2=1.70kJ，Q2=Q1-W=2-1.70=0.30kJ，所以这种cQ1=0.85 W=情形有实现的可能（如果自然界存在可逆过程的话） ，而且是 可逆循环 (3) Q c=1.5/0.85= 1.765kJ，1, c=Wnet/ 1=Wnet+Q2=1.5+0.5=2.0kJ>Q1, Qc,此循环可以实现，且耗热比可逆循环要多，所以是不可逆循环1.实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么？在什么条 件下才可以把实际气体作理想气体处理？ 答：差异产生的原因就是理想气体忽略了分子体积与分子间作用力当 p→0 时，实际气体成为理想气体实际情况是当实际气体距离 其液态较远时，分子体积与分子间作用力的影响很小，可以把实际气 体当作理想气体处理 2. 压缩因子 Z 的物理意义怎么理解？能否将 Z 当作常数处理？ 答： 由于分子体积和分子间作用力的影响， 实际气体的体积与同样 状态下的理想气体相比，发生了变化。

变化的比例就是压缩因子Z 不能当作常数处理 3. 范德瓦尔方程的精度不高，但是在实际气体状态方程的研究中范 德瓦尔方程的地位却很高，为什么？ 答： 范德瓦尔方程是第一个实际气体状态方程， 在各种实际气体状 态方程中它的形式最简单；它较好地定性地描述了实际气体的基本特 征；其它半理论半经验的状态方程都是沿范德瓦尔方程前进的 4. 范德瓦尔方程中的物性常数 a 和 b 可以由实验数据拟合得到，也 可以由物质的 Tcr、pcr、vcr 计算得到，需要较高的精度时应采用哪种方法，为什么？ 答： 实验数据来自于实。