11《熱力學(xué)基礎(chǔ)》

1、11熱力學(xué)基礎(chǔ)11.1準(zhǔn)靜態(tài)過程1. 在P-V圖上用一條曲線表示的過程(A) 定是準(zhǔn)靜態(tài)過程。(B) 不一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程。答案：(A)參考解答：準(zhǔn)靜態(tài)過程是由一系列平衡態(tài)組成的過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程中的每一步都是平衡 態(tài)，只有在平衡態(tài)，系統(tǒng)的體積、壓強(qiáng)等宏觀參量才有確定的數(shù)值， 才能在PV 圖上表示出來。因而，在P - V圖上用一條曲線表示的過程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程。 選擇錯誤的進(jìn)入下面的思考題：1.1怎樣理解準(zhǔn)靜態(tài)過程？ 參考解答：準(zhǔn)靜態(tài)過程是系統(tǒng)所經(jīng)過的中間狀態(tài)都無限接近于平衡態(tài)的那種狀態(tài)變化過 程。準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的近似和抽象，是一種理想化過程。進(jìn)入下一題：11.2熱力學(xué)第一定律1. 如圖所示

2、，一定量理想氣體從體積 V1,膨脹到體積V2分 別經(jīng)歷的過程是：A-B等壓過程，A-C等溫過程；A-D 絕熱過程，其中吸熱量最多的過程(A) 是 A- B.(B) 是 A-C.(C) 是 A- D.(D) 既是AB也是A- C,兩過程吸熱一樣多。答案：(A)參考解答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律：Q二E2 -EA.系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的 增量和系統(tǒng)對外做功之和。A-D絕熱過程Qad 0, A-B等壓過程：在等壓過程中，理想氣體吸熱的一 部分用于增加內(nèi)能，另一部分用于對外作功。 A-C等溫過程：在等溫過程中， 理想氣體吸熱全部用于對外作功。而功的大小為 P-V圖上過程曲線下的面積。本題顯然在三

3、個(gè)過程中，A-B等壓過程氣體不僅吸熱量的一部分轉(zhuǎn)換為內(nèi)能 的增量，而且對外作功最大，即吸熱量最多。對于所有錯誤的選擇，給出下面的基本概念：1.1熱力學(xué)第一定律"一般情況下，當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的內(nèi)能的改變是做功和傳熱的 共同結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明，若系統(tǒng)從外界吸收熱量為Q，系統(tǒng)對外界做功為A，系統(tǒng)內(nèi)能由初始平衡態(tài)的E1增至結(jié)束時(shí)平衡態(tài)的E2，則總有下列關(guān)系式成立：該式表示：系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量和系統(tǒng)對外做功之和。 這一涉及物體內(nèi)能增量的能量守恒表示式叫熱力學(xué)第一定律。式中的符號通常約定為；Q為正時(shí)表示系統(tǒng)吸熱；Q為負(fù)時(shí)表示系統(tǒng)放熱。A為正時(shí)表示系統(tǒng)對外界做功；A為負(fù)

4、時(shí)表示外界對系統(tǒng)做功。進(jìn)入下一題：2. 一定量的理想氣體，分別經(jīng)歷如圖(1)所示的abc過程，(圖中虛線ac為等溫 線)，和圖(2)所示的def過程(圖中虛線df為絕熱線).判斷這兩種過程是吸熱還 是放熱.(A) abc過程吸熱，def過程放熱.(B) abc過程放熱，def過程吸熱.(C) abc過程和def過程都吸熱.(D) abc過程和def過程都放熱.答案：(A)參考解答：abc過程：氣體膨脹對外作功，a 0,且始末二態(tài)在同一等溫線上，.汨=0.根據(jù)熱 力學(xué)第一定律：QA，Q 0,即abc過程吸熱。對于 df 絕熱過程： A =AEdf, Ad>0, AEdf <0.def

5、過程：氣體膨脹對外作功，A 0,但A：Adf.且始末二態(tài)與df絕熱過程相同,所以內(nèi)能的增量相同，即.-Ede.-Edf <0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律：Q F'Edef A ：0,即def過程放熱。對于所有錯誤選擇，進(jìn)入下一題:2.1程到達(dá)末態(tài)b,已知a、 線是絕熱線)，則氣體在(A) (1)過程中吸熱，(B) (1)過程中放熱， 答案：(B)定量的理想氣體，從p V圖上初態(tài)a經(jīng)歷(1)或(2)過過程中放熱.(2)過程中吸熱.b兩態(tài)處于同一條絕熱線上(圖中虛參考解答：對于 ab 絕熱過程：Aab =也Eab , Aab > °， Ea 0.(1) 過程：氣體膨脹對外作功

6、，A 0,但A1 ：Aab.且始末二態(tài)與ab絕熱過程相同，所以內(nèi)能的增量相同，即 厶E1 YEab ",根據(jù)熱力學(xué)第一定律：Q =巳 A ：0,即 (1)過程放熱。 過程：氣體膨脹對外作功， A 0,但A2 Aab.且始末二態(tài)與ab絕熱過程相同， 所以內(nèi)能的增量相同，即 厶E2Eab ：0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律：QE2 A 0,即(2) 過程吸熱對于所有錯誤選擇，進(jìn)入下一題:一定量的理想氣體，經(jīng)歷某過程后，溫度升高了.則根據(jù)熱力學(xué)定律可以 斷定：該理想氣體系統(tǒng)的內(nèi)能增加了.以上斷言是(A) 正確的。(B)不正確的。答案：(A) 參考解答： 內(nèi)能公式：E = Cv T，對任意過程均成立。

7、一定量的理想氣體，若經(jīng)歷某過程后，溫度升高，即厶T 0,貝期E = Cv T>0,所以其內(nèi)能一定增加進(jìn)入下一題：3. 1mol理想氣體從p V圖上初態(tài)a分別經(jīng)歷如圖所示的(1) 或(2)過程到達(dá)末態(tài)b.已知Ta<Tb,則這兩過程中氣體吸 收的熱量Qi和Q2的關(guān)系是(A) Qi> Q2>0 .(B) Q2> Qi>0.(C) Q2V Qi<0 .(D) Qi< Q2VO.(E) Qi = Q2>0.答案：(A)參考解答：(i) 、 (2)過程始末態(tài)相同，所以內(nèi)能的增量相同，即.汨i =.汨2,又Ta<Tb,根據(jù)厶E=-.CvlT,有 l

8、E1 = J：E2 0 o(i) 、 過程氣體均膨脹對外作功，且A2 0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律：,顯然有Qi .Q2 0. 對于所有錯誤的選擇，給出下面的背景知識：3.1功的大小為P V圖上過程曲線下的面積. 計(jì)算氣體從體積 V膨脹至v2時(shí)氣體對外所做的功： 由積分的意義可知，求出功的大小等于p -V圖上過程曲線下的面積。進(jìn)入下一題：4. 理想氣體的內(nèi)能從Ei增大到E2時(shí)，對應(yīng)于等體、等壓、絕熱三種過程(A) 溫度變化相同，吸熱相同。(B) 溫度變化相同，吸熱不相同。(C) 溫度變化不相同，吸熱不相同。答案：(B)參考解答：因?yàn)槔硐霘怏w的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，所以等體、等壓、絕熱三個(gè)過程的 溫度

9、變化相同。由于各個(gè)過程的摩爾熱容C不相同，等體過程摩爾熱容為c =CV = L R，2等壓過程c =c絕熱過程c =0，MM molCT可知，不同過程吸熱不相同對于所有錯誤的選擇，給出下面的背景知識: 解釋下列名詞：摩爾熱容量C：1摩爾的物質(zhì)，當(dāng)溫度升高1K時(shí)所吸取的熱量，稱為該物質(zhì)的摩爾熱容量. 氣體的定體摩爾熱容Cv：1摩爾氣體，在體積不變的情況下，當(dāng)溫度升高1K時(shí)所吸取的熱量，稱為該 氣體的定體摩爾熱容.氣體的定壓摩爾熱容Cp:1摩爾氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，當(dāng)溫度升高1K時(shí)所吸取的熱量，稱為該 氣體的定壓摩爾熱容.進(jìn)入下一題：5. 一定量的理想氣體，經(jīng)歷某過程后，溫度升高了.則根據(jù)熱力

10、學(xué)定律可以斷定：(1) 該理想氣體系統(tǒng)在此過程中吸了熱.(2) 在此過程中外界對該理想氣體系統(tǒng)作了正功.(3) 該理想氣體系統(tǒng)的內(nèi)能增加了.(4) 在此過程中理想氣體系統(tǒng)既從外界吸了熱，又對外作了正功.以上正確的斷言是：(A) (1).(B) (2).(C).(D).答案：(C)參考解答：內(nèi)能公式：=E = Cv T對任意過程均成立。若經(jīng)歷某過程后，溫度升高，即厶T 0,貝打E = .Cv T>0,所以該理想氣體系統(tǒng)的 內(nèi)能增加了。選擇(A)，請思考下面的問題：有可能不作任何熱交換，而使系統(tǒng)的溫度發(fā)生變化嗎？ 參考解答：由熱力學(xué)第一定律 E2 -E1 A，如果沒有熱交換，則E2-E! A

11、 = 0?？梢酝?過對系統(tǒng)做功，改變系統(tǒng)的內(nèi)能，從而使系統(tǒng)的溫度發(fā)生變化。例如，絕熱膨脹 或絕熱壓縮過程中，沒有作任何熱交換，但使系統(tǒng)的溫度發(fā)生了變化。選擇(B)，請思考下面的問題：系統(tǒng)經(jīng)歷任一過程后溫度升高，一定是外界對該系統(tǒng)作了正功嗎？ 參考解答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律：E A,系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量和系統(tǒng)對外做功之和。系統(tǒng)溫度升高 (汀0)，則一定有：Q -A 0 或 Q A 0A表示系統(tǒng)對外做功，A表示外界對系統(tǒng)作功。即系統(tǒng)溫度升高，是系統(tǒng)從外界吸收的熱量和外界對該系統(tǒng)作功的共同結(jié)果。 單純說系統(tǒng)溫度升高，一定是外界對該系統(tǒng)作了正功是不全面的，僅對絕熱壓縮 過程(Q =0,

12、A0)成立。選擇(D)，請看下面的分析：系統(tǒng)等體吸熱過程，溫度升高，但是不對外作功。進(jìn)入下一題：6. 用公式"ECw T (式中Cv為定體摩爾熱容量，視為常量，為氣體摩爾數(shù))計(jì)算理想氣體內(nèi)能增量時(shí)，此式(A) 只適用于準(zhǔn)靜態(tài)的等體過程.(B) 只適用于一切等體過程.(C) 只適用于一切準(zhǔn)靜態(tài)過程.(D) 適用于一切始末態(tài)為平衡態(tài)的過程.答案：(D) 參考解答：內(nèi)能是態(tài)函數(shù)，其變化(增量)只與狀態(tài)(平衡態(tài))的變化有關(guān)，而與過程 無關(guān)。因此，此式是個(gè)普適公式，不受過程限制。所以公式 厶E = -QvAT適用于任何始末態(tài)為平衡態(tài)的過程。對于所有錯誤選擇，給出參考解答，進(jìn)入下一題：11.3循

13、環(huán)過程、卡諾循環(huán)1. 熱力學(xué)第一定律表明：(A) 系統(tǒng)對外作的功不可能大于系統(tǒng)從外界吸收的熱量.(B) 系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于系統(tǒng)從外界吸收的熱量.(C) 不可能存在這樣的循環(huán)過程，在此循環(huán)過程中，外界對系統(tǒng)作的 功不等于系統(tǒng)傳給外界的熱量.(D) 熱機(jī)的效率不可能等于1.答案：(C)參考解答：熱力學(xué)第一定律第一定律的實(shí)質(zhì)是說明包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒，它主要涉及到熱量、功及能量的變化，由于題目中 (A)、(B)、(D)中均分別各有一量未計(jì) 入，因而不能肯定它們是否就一定符合能量守恒的原則，只有(C)中給出了三個(gè)量的變化，且符合能量守恒的原則。對于所有選擇，給出參考解答，進(jìn)入下一題：2. 在P-V

14、圖上，理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)用一封閉曲線表示。該封閉曲線所包圍的 面積(A) 代表系統(tǒng)對外做功.(B) 外界對系統(tǒng)所做功(C) 正循環(huán)一周系統(tǒng)對外所作的凈功答案：(C) 對于所有選擇，給出相關(guān)概念：系統(tǒng)(熱機(jī)中的工作物質(zhì))從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列變化之后又回到了 原來的狀態(tài)，熱力學(xué)把這樣的過程叫循環(huán)過程。在P-V圖上，理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)用一條封閉曲線表示。如圖所示的正循環(huán)，ACB曲線下所圍面積代表系統(tǒng)對 外做功，而BDA曲線下所圍面積為外界對系統(tǒng)所做功， 面 積ABCD (斜線部分)代表正循環(huán)一周系統(tǒng)對外所作的凈 功A。若用Q1表示正循環(huán)一周系統(tǒng)所吸收的熱量的大小， Q2表示正循環(huán)一周系統(tǒng)對外界

15、放出的熱量的大小，則由熱力學(xué)第一定律有：正循環(huán)對應(yīng)于熱機(jī)，實(shí)踐上和理論上都很注意它的效率，稱循環(huán)效率，循環(huán)效率表示在一次循環(huán)過程中工質(zhì)對外做的凈功A占它從高溫?zé)嵩次袩崃縌1的比例。循環(huán)效率以表示，貝逆循環(huán)對應(yīng)于制冷機(jī)工作過程，衡量它的致冷經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是：對應(yīng)輸入機(jī)械 凈功A，致冷機(jī)能從低溫?zé)釒斐槌龆嗌贌崃?Q2。為此，引入致冷系統(tǒng)，它的定義為：上式中Qi、Q2表示在一循環(huán)中放出和吸收熱量的絕對值。 進(jìn)入下一題：3. 用下列兩種方法(1) 使高溫?zé)嵩吹臏囟萒i升高(2) 使低溫?zé)嵩吹臏囟萒2降低同樣的值分別可使卡諾循環(huán)的效率升高a ni和 a n2,兩者相比(A) n i a n 2.(B)a

16、ni:a n2.(C) a n i= a n 2.(D)無法確定哪個(gè)大.答案：(B)參考解答：卡諾循環(huán)的效率：=iT2Ti - T2TiTi使高溫?zé)嵩吹臏囟萒i升高 T,二iT2T.(Ti +AT)使低溫?zé)嵩吹臏囟萒2降低同樣的值厶2二丄厶T.Ti( T»TVTi >T2,二也“2 也叫=i 2 I > 0, 即也叫 < < (Ti+AT)丿 Ti對于所有選擇，給出參考資料：卡諾循環(huán)及其效率卡諾循環(huán)是一種只與兩個(gè)恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量、不存在漏氣和其它熱耗散的循 環(huán)。理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)卡諾循環(huán)在 P-V圖上為兩條等溫線和兩條絕熱線所圍成的 圭寸閉曲線。由式可以看出，以理

17、想氣體為工作物質(zhì)的準(zhǔn)靜態(tài)卡諾循環(huán)的效率與熱機(jī)的工 作物質(zhì)、功率大小無關(guān)，由兩個(gè)熱源的溫度 Ti和T2決定。低溫?zé)嵩匆话銥榇髿?環(huán)境。上式意義是：表明了提高熱機(jī)的效率的關(guān)鍵在于提高高溫?zé)嵩吹臏囟取?機(jī)就是沿著卡諾所指引的方向去提高效率的。從蒸汽機(jī)到柴油機(jī)、汽油機(jī)、燃?xì)?輪機(jī)，溫度越來越高。實(shí)際的效率最高只有36%，這是因?yàn)閷?shí)際循環(huán)和卡諾循環(huán)差很多，如熱源溫 度并不是恒定的，實(shí)際過程也不是準(zhǔn)靜態(tài)的?？ㄖZ致冷循環(huán)的致冷系數(shù)為：一般情況下，制泠系統(tǒng)的高溫?zé)嵩淳褪谴髿?，Ti即大氣溫度，被致冷的物體溫度T2越低，則致冷系數(shù)卡就越小，即致冷系數(shù)隨著致冷物體的溫度變化而變 化。進(jìn)入下一題4. 所列四圖分別表

18、示理想氣體的四個(gè)設(shè)想的循環(huán)過程.請選出其中一個(gè)在物理上可能實(shí)現(xiàn)的循環(huán)過程的圖的標(biāo)號.答案：(B)參考解答：(A) 不可能，因?yàn)榻^熱線應(yīng)該比等溫線更陡。(C)和(D)也不可能，根據(jù)熱力學(xué)第二定律可以證明兩條絕熱線不能相交。證明：設(shè)兩個(gè)絕熱線相交，可作一等溫線與兩條絕熱線構(gòu)成一循環(huán)(如(D)所示)，形成單熱源熱機(jī)，違反熱力學(xué)第二定律。只有(B)在物理上可能實(shí)現(xiàn)。選擇(A)，給出思考：4.1理想氣體分別經(jīng)等溫過程和絕熱過程由體積Vi膨脹到V2.(1) 用過程方程證明絕熱線比等溫線陡些.(2) 用分子運(yùn)動論的觀點(diǎn)說明絕熱線比等溫線陡的原因. 參考解答：證：(1)等溫過程pV=CpdV + Vdp =

19、0， (dp/dV)T = - (p/V)絕熱過程 pV =C , (dp/dV)Q = - (p/V)1, 在兩線交點(diǎn)處絕熱線的斜率較等溫線斜率(絕對值)大即絕熱線較等溫線陡些(2) 上述結(jié)果表明：同一氣體從同一初態(tài) a作同樣體積膨脹時(shí)，絕熱過程壓 強(qiáng)降低得較等溫過程大(見圖)，2 12 12由p = n(-mv )可見等溫過程中-mv 不變，p的降低是由于體積膨脹3 221過程n減小所引起的而絕熱過程中 -mv 2減小而且n減小，所以絕熱過程p的 減少量較等溫過程的大.選擇(C)和(D)，給出思考：4.2試根據(jù)熱力學(xué)第二定律證明兩條絕熱線不能相交.參考解答：證：設(shè)p-V圖上某一定量物質(zhì)的兩

20、條絕熱線 S1和S2可能相交，若引入等溫線 T 與兩條絕熱線構(gòu)成一個(gè)正循環(huán)，如圖所示，則此循環(huán)只有一個(gè)熱源而能做功(圖中循環(huán)曲線所包圍的面積)，這違反熱力學(xué)第二定律的開爾文敘述.所以，這兩條絕 熱線不可能相交.進(jìn)入下一題11.4可逆與不可逆過程1. 關(guān)于可逆過程和不可逆過程的判斷：(1) 可逆熱力學(xué)過程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程.(2) 準(zhǔn)靜態(tài)過程一定是可逆過程.(3) 不可逆過程就是不能向相反方向進(jìn)行的過程.(4) 凡有摩擦的過程，一定是不可逆過程.以上四種判斷，其中正確的是(A) 、(2)、.(B) (1)、.(C) 、.(D) (1)、.答案：(D)參考解答：只有當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)變化過程進(jìn)行的無限緩慢

21、，在進(jìn)行過程中沒有能量的損耗 的準(zhǔn)靜態(tài)過程才是可逆過程，否則就是不可逆過程?？紤]絕熱氣缸內(nèi)用絕熱活塞封閉的一定量氣體進(jìn)行的某準(zhǔn)靜態(tài)絕熱壓縮過 程，設(shè)氣缸與活塞之間無磨擦。要使過程為準(zhǔn)靜態(tài)，過程必須進(jìn)行得無限緩慢， 外界對活塞的推力必須在任何時(shí)候都只比氣體的壓力大一無窮小量，否則，活塞 將加速運(yùn)動，過程將不再是準(zhǔn)靜態(tài)的，不難想到，對這樣無磨擦的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮過 程，若壓縮到某一狀態(tài)時(shí)使外界對活塞的推力減小一無窮小量以致外界的推力小 于氣體的壓力，并且此后逐漸減小這一推力，則氣體將準(zhǔn)靜態(tài)無限緩慢地膨脹， 依相反的次序逐一經(jīng)歷被壓縮時(shí)所經(jīng)歷的原中間各態(tài)而回到壓縮前的初始狀態(tài)。 由于在有限變化過程，外界推

22、力的無窮小變化完全可以忽略不計(jì)，因而連外界也 都一起恢復(fù)了原狀，這一過程便是可逆過程。顯然，若氣缸和活塞間存在磨擦， 磨擦生熱將導(dǎo)致能量耗散，系統(tǒng)雖可復(fù)原，但外界不可能復(fù)原，這樣的壓縮過程 將不再可逆，是不可逆過程。對于所有錯誤選擇，進(jìn)入下面思考題：(1) 可逆過程是否一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程？準(zhǔn)靜態(tài)過程是否一定是可逆過程？(2) 有人說：“不可逆過程就是不能往反方向進(jìn)行的過程” 對嗎？為什么？ 參考解答：(1) 可逆過程的定義是：無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程。由此定義可知：準(zhǔn)靜態(tài)過程是可 逆過程的必要條件而非充分條件。可逆過程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程；反過來講，準(zhǔn)靜 態(tài)過程不一定是可逆過程，因?yàn)橛锌赡馨殡S摩擦。摩擦一

23、定會引起熱功轉(zhuǎn)換，而 凡是涉及熱功轉(zhuǎn)換的過程一定是不可逆的。(2) 這種說法是不對的因?yàn)榕袛嘁粋€(gè)過程是否可逆，并不以它是否能沿反方向進(jìn)行為根據(jù)，而是要 看這個(gè)過程的一切后果 (包括系統(tǒng)和外界的變化 )是否都能夠消除掉有些過程雖 然可以沿反方向進(jìn)行而使系統(tǒng)復(fù)原，但是若外界不能復(fù)原的話，仍是不可逆過 程所以，題中這種說法是不對的 .進(jìn)入下一題：2. 判斷下列過程是否可逆：(1) 通過活塞 (它與器壁無摩擦 )，極其緩慢地壓縮絕熱容器中的空氣；(2) 用旋轉(zhuǎn)的葉片使絕熱容器中的水溫上升 (焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn) )(A) 過程 (1)是可逆過程，過程 (2)是不可逆過程。(B) 過程 (2)是可逆過程，過

24、程 (1)是不可逆過程。答案： (A) 參考解答： (1) 該過程是無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程，它是可逆的 (2) 過程是有摩擦的非準(zhǔn)靜態(tài)過程，所以是不可逆的 對于所有錯誤選擇，給出參考解答，進(jìn)入下一題： 下列過程是可逆過程還是不可逆過程？說明理由(1) 恒溫加熱使水蒸發(fā)。(2) 由外界做功使水在恒溫下蒸發(fā)。(3) 在體積不變的情況下，用溫度為 T2 的爐子加熱容器中的空氣，使它的溫度由 T1 升到 T2。(4) 高速行駛的卡車突然剎車停止參考解答：(1) 恒溫加熱使水蒸發(fā)。熱源與水的溫度相同，屬于無限小溫差熱傳導(dǎo)的過程， 如果不考慮體積膨脹，這是一個(gè)可逆過程。但水蒸發(fā)是水從液體狀態(tài)變成氣體狀 態(tài)，發(fā)

25、生了體積膨脹，對外做功。這就涉及到功熱轉(zhuǎn)換，所以是不可逆過程。(2) 由外界做功使水在恒溫下蒸發(fā)，是功轉(zhuǎn)化為分子熱運(yùn)動的過程，屬于功熱轉(zhuǎn) 換，是不可逆過程(3) 在體積不變的情況下，用溫度 T2 的爐子加熱容器中的空氣，使它的溫度由 T1 升到T2，這屬于有限溫差熱傳導(dǎo)的過程，是不可逆過程.(4) 高速行駛的卡車突然剎車停止， 是發(fā)動機(jī)做的功都轉(zhuǎn)化為分子熱運(yùn)動的過程， 是不可逆過程。進(jìn)入下一題：3. 設(shè)有下列過程：(1) 用活塞緩慢地壓縮絕熱容器中的理想氣體 (設(shè)活塞與器壁無摩擦 )(2) 用緩慢地旋轉(zhuǎn)的葉片使絕熱容器中的水溫上升(3) 一滴墨水在水杯中緩慢彌散開(4) 一個(gè)不受空氣阻力及其它

26、摩擦力作用的單擺的擺動其中是可逆過程的為(A)(1)、(2)、(4)(B)(1)、(2)、(3)(C)(1)、(3)、(4)(D)(1)、(4)答案： (D) 參考解答： 只有當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)變化過程進(jìn)行的無限緩慢，在進(jìn)行過程中沒有能量的損耗 的準(zhǔn)靜態(tài)過程才是可逆過程，否則就是不可逆過程。用活塞緩慢地壓縮絕熱容器中的理想氣體 (設(shè)活塞與器壁無摩擦 ) 和一個(gè)不 受空氣阻力及其它摩擦力作用的單擺的擺動是可逆過程。 對于所有選擇，進(jìn)入下一題：4. 關(guān)于可逆過程和不可逆過程有以下幾種說法：(1) 可逆過程一定是平衡過程(2) 平衡過程一定是可逆過程(3) 不可逆過程發(fā)生后一定找不到另一過程使系統(tǒng)和外界同

27、時(shí)復(fù)原(4) 非平衡過程一定是不可逆過程 以上說法，正確的是：(A) (1)、(2)、(3).(B) (2)、(3)、 (4).(C) (1)、(3)、(4).(D) (1)、(2)、 (3)、(4).答案： (C) 參考解答：只有當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)變化過程進(jìn)行的無限緩慢，在進(jìn)行過程中沒有能量的損耗 的準(zhǔn)靜態(tài)過程才是可逆過程，否則就是不可逆過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程是系統(tǒng)所經(jīng)過的 中間狀態(tài)都無限接近于平衡狀態(tài)的那種狀態(tài)變化過程。所以可逆過程一定是平衡 過程，非平衡過程一定是不可逆過程。對于所有選擇，進(jìn)入下一題：11.5 熱力學(xué)第二定律1. 根據(jù)熱力學(xué)第二定律判斷下列哪種說法是正確的(A) 熱量能從高溫物體傳到

28、低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體(B) 功可以全部變?yōu)闊?，但熱不能全部變?yōu)楣?C) 氣體能夠自由膨脹，但不能自動收縮(D) 有規(guī)則運(yùn)動的能量能夠變?yōu)闊o規(guī)則運(yùn)動的能量，但無規(guī)則運(yùn)動的能量不 能變?yōu)橛幸?guī)則運(yùn)動的能量答案： (C)參考解答：功可以全部變成熱而不產(chǎn)生其它影響，如摩擦生熱、電功全部變成焦耳熱。 熱力學(xué)第二定律指出：熱雖然也可以全部變成功，但要不引起其它變化則是不可 能的。溫度不同的兩物體相互接觸時(shí)，熱量總是自動由高溫物體傳至低溫物體， 而熱力學(xué)第二定律告訴我們：熱量自動由低溫物體傳至高溫物體是不可能的?？?見，并不是所有符合能量守恒定律的過程都能實(shí)現(xiàn)，熱力學(xué)第二定律正是這樣一 條闡

29、述過程進(jìn)行方向的規(guī)律。氣體自由膨脹是不可逆過程。選擇(A)，給出下面的思考：關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下面說法如有錯誤請改正： 熱量不能從低溫物體傳向高溫物體參考解答： 熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體選擇(B)，給出下面的思考：關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下面說法如有錯誤請改正： 功可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，但熱量不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?參考解答： 功可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，但熱量不能通過一循環(huán)過程全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣x擇(D)，給出下面的思考：關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下面說法如有錯誤請改正：有規(guī)則運(yùn)動的能量能夠變?yōu)闊o規(guī)則運(yùn)動的能量，但無規(guī)則運(yùn)動的能量不能變 為有規(guī)則運(yùn)動的能量參考解答：熱量 (無規(guī)則運(yùn)動的能量 ) 不能通過一循

30、環(huán)過程全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?(有規(guī)則運(yùn)動 的能量 )進(jìn)入下一題：2. 瓶子里裝一些水，然后密閉起來忽然表面的一些水溫度升高而蒸發(fā)成汽，余 下的水溫變低，這件事可能嗎？它違反熱力學(xué)第一定律嗎？它違反熱力學(xué)第二定 律嗎？ 參考解答：這件事不可能在這個(gè)過程中，一部分水的熱最傳給了表面的水，能量是守恒的，所以不違 反熱力學(xué)第一定律。但它違反熱力學(xué)第二定律。在余下的水與表面的水溫度相等的時(shí)候它們之 間可以傳遞無窮小的熱量?？墒且坏┯嘞碌乃臏囟鹊陀诒砻嫠臏囟葧r(shí)，就不 可能再向表面水傳熱而使表面的水蒸發(fā)。 由熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述可知, 熱量不能自動地從低溫部分傳到高溫部分。進(jìn)入下一題：11.6熵、熵增加

31、原理1. 設(shè)有以下一些過程：(1) 兩種不同氣體在等溫下互相混合.(2) 理想氣體在定體下降溫.(3) 液體在等溫下汽化.(4) 理想氣體在等溫下壓縮.(5) 理想氣體絕熱自由膨脹. 在這些過程中，使系統(tǒng)的熵增加的過程是：(A)、(2)、(3).(B)、(3)、(4).(C)、(5).(D) (1)、(5).答案：(D) 參考解答：孤立系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行的任何過程(都是不可逆過程)都是熵永不減少的過程， 這一結(jié)論稱為熵增原理，熵的微觀意義是系統(tǒng)無序度大小的量度。兩種不同氣體在等溫下互相混合，液體在等溫下汽化和理想氣體絕熱自由膨 脹均使得系統(tǒng)無序性增大，即系統(tǒng)的熵增加。對于所有選擇，進(jìn)入下面的思考題：

32、1.1熵是如何定義的？為什么說熵是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)？熵與內(nèi)能都是系統(tǒng)狀 態(tài)的單值函數(shù)，它們的物理意義有什么不同？參考解答：熵可以用熱力學(xué)概率門來定義，定義式為：S=kln"，稱為玻爾茲曼熵公式。式 中k為玻爾茲曼常數(shù)，熱力學(xué)概率 表示熱力學(xué)系統(tǒng)某個(gè)宏觀態(tài)所包含的微觀態(tài) 的數(shù)目。對于熱力學(xué)系統(tǒng)的任一個(gè)宏觀態(tài)， 都有一個(gè)確定的熱力學(xué)概率與之對應(yīng)，因而也有一個(gè)熵S值與之對應(yīng)，所以說熵是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)。內(nèi)能表示系統(tǒng)在某一狀態(tài)下所具有的能量，由狀態(tài)參量決定，而熵則是系統(tǒng) 無序度的量度。又由于熵最大的狀態(tài)是系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，所以可以說熵是系統(tǒng)接 近平衡態(tài)的程度的量度。內(nèi)能的變化可以從量的方面表示過程中能量的轉(zhuǎn)換，服 從能量守恒定律，而熵的變化指出了過程進(jìn)行的方向，從質(zhì)的方面給出了能量轉(zhuǎn) 換的方向。2. 有人說：熵增加原理是“物系的熵永不減少”或“物系的熵在可逆過程中不變， 在不可逆過程中增加” 這種說法（A） 正確。 （B） 不正確。答案：（B）