工程熱力學(xué)第四版思考題答案解析沈維道高等教育出版社

1、.WORD.格式.工程熱力學(xué)第四版沈維道思考題完整版第1章基本概念及定義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一 定是閉口系統(tǒng)嗎？答：否。當(dāng)一個(gè)控制質(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(kāi)口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換， 而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開(kāi)口系不可 能是絕熱系。這種觀點(diǎn)對(duì)不對(duì)，為什么 ？答：不對(duì)?！敖^熱系”指的是過(guò)程中與外界無(wú)熱量交換的系統(tǒng)。熱量是指過(guò)程中系統(tǒng)與外界間以熱的方式交換的能量，是過(guò)程量，過(guò)程一旦結(jié)束就無(wú)所謂“熱量”。物質(zhì)并不“擁有”熱量P = Pb+Pe （P>Pb

2、）；卩=“一巳（P£Pb）一個(gè)系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對(duì)物質(zhì)流開(kāi)放無(wú)關(guān)。3平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系？答：“平衡狀態(tài)”與“穩(wěn)定狀態(tài)”的概念均指系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化， 這是它們的共同點(diǎn);但平衡狀態(tài)要求的是在沒(méi)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)別所在。4倘使容器中氣體的壓力沒(méi)有改變，試問(wèn)安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)改變嗎？在絕對(duì)壓 力計(jì)算公式中，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)壓力與環(huán)境介質(zhì)壓力之差。環(huán)境介 質(zhì)壓力，譬如大氣壓力，是地面以上空氣柱的重

3、量所造成的，它隨著各地的緯度、高度和氣候 條件不同而有所變化，因此，即使工質(zhì)的絕對(duì)壓力不變，表壓力和真空度仍有可能變化。“當(dāng)?shù)卮髿鈮骸辈⒎蔷褪黔h(huán)境大氣壓。準(zhǔn)確地說(shuō)，計(jì)算式中的R應(yīng)是“當(dāng)?shù)丨h(huán)境介質(zhì)”的壓力，而不是隨便任何其它意義上的“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)溫的基本原理是什么？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. 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么？為什么？答：由選定的任意一種測(cè)溫物質(zhì)的某種物理性質(zhì)， 采用任意一種溫度標(biāo)定規(guī)則所得到的溫標(biāo)稱(chēng) 為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。由于經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴(lài)于

4、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)、采用不 同的物理性質(zhì)作為溫度的標(biāo)志來(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），因而任何一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)都不 能作為度量溫度的標(biāo)準(zhǔn)。這便是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的根本缺點(diǎn)。7. 促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？舉例說(shuō)明。答：分兩種不同情況：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)差的作用下，各個(gè)部分發(fā)生相互作用，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化。例，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(shuō)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)。這種情況

5、下，無(wú)需外界給予系統(tǒng)任何作用，系統(tǒng)也會(huì)因鐵塊對(duì)水放出熱量而發(fā)生狀態(tài) 變化：鐵塊的溫度逐漸降低，水的溫度逐漸升高，最終系統(tǒng)從熱不平衡的狀態(tài)過(guò)渡到一種新的 熱平衡狀態(tài)；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1-16a、b所示容器為剛性容器：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？(b)圖1-16思考題8附圖設(shè)真空部分裝有許多隔板，每抽去一塊隔板讓氣體先恢復(fù)平衡再抽去一塊，問(wèn)氣體（系統(tǒng)）是否作功？上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過(guò)程是否都可在P-V圖上表示？答：；受剛性容器的約束，氣體與外界間無(wú)任

6、何力的作用，氣體（系統(tǒng)）不對(duì)外界作功；b情況下系統(tǒng)也與外界無(wú)力的作用，因此系統(tǒng)不對(duì)外界作功；a中所示的情況為氣體向真空膨脹（自由膨脹）的過(guò)程，是典型的不可逆過(guò)程。過(guò)程中 氣體不可能處于平衡狀態(tài)，因此該過(guò)程不能在 P-v圖上示出；b中的情況與a有所不同，若隔 板數(shù)量足夠多，每當(dāng)抽去一塊隔板時(shí)，氣體只作極微小的膨脹，因而可認(rèn)為過(guò)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)歷的是一種準(zhǔn)靜過(guò)程，這種過(guò)程可以在P-v圖上用實(shí) 線表示出來(lái)。9.經(jīng)歷一個(gè)不可逆過(guò)程后，系統(tǒng)能否恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個(gè)系統(tǒng)能否恢復(fù)原來(lái) 狀態(tài)？答：所謂過(guò)程不可逆，是指一并完成該過(guò)程的逆過(guò)程后，系統(tǒng)和它的外界不可

7、能同時(shí)恢復(fù)到他 們的原來(lái)狀態(tài)，并非簡(jiǎn)單地指系統(tǒng)不可能回復(fù)到原態(tài)。同理，系統(tǒng)經(jīng)歷正、逆過(guò)程后恢復(fù)到了 原態(tài)也并不就意味著過(guò)程是可逆的； 過(guò)程是否可逆，還得看與之發(fā)生過(guò)相互作用的所有外界是 否也全都回復(fù)到了原來(lái)的狀態(tài)，沒(méi)有遺留下任何變化。原則上說(shuō)來(lái)經(jīng)歷一個(gè)不可逆過(guò)程后系統(tǒng) 是可能恢復(fù)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)則一定不能恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。10系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后， 系統(tǒng)和外界有什么變化？若上述正向及逆向 循環(huán)中有不可逆因素，則系統(tǒng)及外界有什么變化？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)有什么變化。根據(jù)可逆的概念，當(dāng)系統(tǒng)完成

8、可逆過(guò)程（包括循環(huán)）后接著又完成其逆向過(guò)程時(shí)， 與之發(fā)生相互作用的外界也應(yīng)回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，不遺留下任何變化；若循環(huán)中存在著不可逆因素，系統(tǒng)完成的是不可逆循環(huán)時(shí)，雖然系統(tǒng)回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，但在外界一定會(huì)遺留下某 種永遠(yuǎn)無(wú)法復(fù)原的變化。11. 工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出的功中是否要減去活塞排斥大氣功才是有 用功？答：不需要。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(guò)程，從總的結(jié)果看來(lái)活塞并 未改變其位置，實(shí)際上不存在排斥大氣的作用。第二章熱力學(xué)第一定律1 熱力學(xué)能就是熱量嗎？答：不是。熱力學(xué)能是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，是工質(zhì)的性質(zhì)，是工質(zhì)內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量，是與狀態(tài)變化 過(guò)程無(wú)關(guān)的物理量。

9、熱量是工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)通過(guò)系統(tǒng)邊界傳遞的熱能，其大小與變化過(guò)程有關(guān)，熱量不是狀態(tài)參數(shù)。2 若在研究飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律時(shí)把參考坐標(biāo)建在飛機(jī)上，工質(zhì)的總能中是否 包括外部?jī)?chǔ)存能？在以氫、氧為燃料的電池系統(tǒng)中系統(tǒng)的熱力學(xué)能是否應(yīng)包括氫和氧的化學(xué) 能？答：無(wú)論參考坐標(biāo)建立在何處，工質(zhì)的總能中始終包括外部?jī)?chǔ)存能，只不過(guò)參考坐標(biāo)建立合適， 工質(zhì)的宏觀動(dòng)能、宏觀勢(shì)能的值等于零，便于計(jì)算。氫氧燃料電池中化學(xué)能變化是主要的能量變化，因而不可忽略。3能否由基本能量方程式得出功、熱量和熱力學(xué)能是相同性質(zhì)的參數(shù)的結(jié)論？q=iu+ w不能?；灸芰糠匠淌絻H僅說(shuō)明且充分說(shuō)明功、熱量和熱力學(xué)能都是能量，都是能

10、量存在 的一種形式，在能量的數(shù)量上它們是有等價(jià)關(guān)系的。而不涉及功、熱量和熱力學(xué)能的其他屬性， 也表明功、熱量和熱力學(xué)能的其他屬性與能量本質(zhì)無(wú)關(guān)。AB隔板圖2-12 自由膨脹4. 一剛性容器，中間用絕熱隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如圖2-12所示。若將隔板抽去，分析容器 中空氣的熱力學(xué)能將如何變化？若在隔板上有一小孔， 氣體泄漏 入B中，分析A B兩部分壓力相同時(shí)A、B兩部分氣體熱力學(xué)能 如何變化?答：q= ：u + w , q=0, u為負(fù)值(u減少)，轉(zhuǎn)化為氣體的動(dòng)能，動(dòng)能在 B中經(jīng)內(nèi)部摩擦耗散為熱能被氣體重新吸收，熱力學(xué)能增加，最終 山=0 o5. 熱力學(xué)第一定律的能量

11、方程式是否可寫(xiě)成下列形式？為什么？ q= ：u+pv q2-q i=(u2-u i)+(W2-wi)不可以。w不可能等于pv, w是過(guò)程量，pv則是狀態(tài)參數(shù)。q和w都是過(guò)程量，所以不會(huì)有q2-q1和 w-wio6. 熱力學(xué)第一定律解析式有時(shí)寫(xiě)成下列兩者形式：2q=u+ w q =u+ i pdv分別討論上述兩式的適用范圍。前者適用于任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)和任意過(guò)程。后者適用于任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)和可逆過(guò)程。7. 為什么推動(dòng)功出現(xiàn)在開(kāi)口系能量方程中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中？推動(dòng)功的定義為，工質(zhì)在流動(dòng)時(shí)，推動(dòng)它下游工質(zhì)時(shí)所作的功。開(kāi)口系工質(zhì)流動(dòng)，而閉口 系工質(zhì)不流動(dòng)，所以推動(dòng)功出現(xiàn)在開(kāi)口系能量方程

12、中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中。我個(gè)人認(rèn)為推動(dòng)功應(yīng)該定義為由于工質(zhì)在一定狀態(tài)下占有一定空間所具有的能量，它是工質(zhì)本身所固有的性質(zhì)，是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。推動(dòng)功既可以出現(xiàn)在開(kāi)口系能量方程中， 也可以出現(xiàn) 在閉口系能量方程式中(需要把 w拆開(kāi)，w= w + (pv) ) o占位能8. 焓是工質(zhì)流入(或流出)開(kāi)口系時(shí)傳遞入(或傳遞出)系統(tǒng)的總能量，那么閉口系工質(zhì)有沒(méi)有焓值？比較正規(guī)的答案是，作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，閉口系工質(zhì)也有焓值，但是由于工質(zhì)不流動(dòng)， 所以其焓值沒(méi)有什么意義。焓=熱力學(xué)能+占位能9 氣體流入真空容器，是否需要推動(dòng)功？推動(dòng)功的定義為，工質(zhì)在流動(dòng)時(shí)，推動(dòng)它下游工質(zhì)時(shí)所作的功。下游無(wú)工質(zhì)，故不

13、需要推 動(dòng)功。利用開(kāi)口系統(tǒng)的一般能量方程式推導(dǎo)的最終結(jié)果也是如此。10.穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式（2-21）是否可應(yīng)用于像活塞式壓氣機(jī)這樣的機(jī)械穩(wěn)定工況運(yùn)行的能 量分析？為什么？可以。熱力系統(tǒng)的選取有很大的自由度。 一般把活塞式壓氣機(jī)取為閉口系統(tǒng)， 是考察其一 個(gè)沖程內(nèi)的熱力變化過(guò)程。如果考慮一段時(shí)間內(nèi)活塞式壓氣機(jī)的工作狀況和能量轉(zhuǎn)換情況， 就 需要把它當(dāng)成穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)處理，包括進(jìn)排氣都認(rèn)為是連續(xù)的。11 為什么穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系內(nèi)不同部分工質(zhì)的比熱力學(xué)能、比焓、比熵等都會(huì)改變，而整個(gè)系統(tǒng)的：UCv=O、 卄匕0、：Sc=0?控制體的：UCv=O FCv=O Scv=O是指過(guò)程進(jìn)行時(shí)間前后的變化值， 穩(wěn)

14、定流動(dòng)系統(tǒng)在不同時(shí) 間內(nèi)各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)都不發(fā)生變化，所以 ：UCv=O H=v=O_ Scv=0o穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系內(nèi)不同部分 工質(zhì)的比熱力學(xué)能、比焓、比熵等的改變僅僅是依坐標(biāo)的改變。12. 開(kāi)口系實(shí)施穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，是否同時(shí)滿(mǎn)足下列三式:.專(zhuān)業(yè)資料.整理分享.WORD.格式.、.Q=dU+W 、.Q=dH+W；Q=dH+md c2 +mgdz+.W上述三式中，W W和W的相互關(guān)系是什么？答：都滿(mǎn)足。、W=d(pV)+、.W= d(pV)+ md c2 +mgdz+.wm 2、W=d Cf +mgdz+.W13. 幾股流體匯合成一股流體稱(chēng)為合流，如圖2-13所示。工程上幾臺(tái)壓氣機(jī)同時(shí)向主氣道送氣以及

15、混合式換熱器等 都有合流的問(wèn)題。通常合流過(guò)程都是絕熱的。取1-1、2-2和3-3截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式并導(dǎo) 出出口截面上焓值h3的計(jì)算式答：進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開(kāi)系統(tǒng)的能量 =系統(tǒng)貯存能量的變化系統(tǒng)貯存能量的變化：不變。進(jìn)入系統(tǒng)的能量：qm1帶入的和qm2帶入的。沒(méi)有熱量輸入。2 2qm1 ( h1+Cf1 /2+gz 1) + q m2 ( h2+cf2 /2+gz 2)離開(kāi)系統(tǒng)的能量：qm3帶出的，沒(méi)有機(jī)械能(軸功)輸出。2qm3 (h3+cf3 /2+gz3)如果合流前后流速變化不太大，且勢(shì)能變化一般可以忽略，則能量方程為: qmi hl+C|m2h2=C|m3 人3出口

16、截面上焓值h3的計(jì)算式h3=( qmi hl+qm2 h2)/ q m3本題中，如果流體反向流動(dòng)就是分流問(wèn)題，分流與合流問(wèn)題的能量方程式是一樣的，一般習(xí)慣前后反過(guò)來(lái)寫(xiě)。qmi hi =qm2h2+qm3 h3第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)1 怎樣正確看待“理想氣體”這個(gè)概念？在進(jìn)行實(shí)際計(jì)算時(shí)如何決定是否可采用理想氣體的一些公式？第一個(gè)問(wèn)題很含混，關(guān)于“理想氣體”可以說(shuō)很多。可以說(shuō)理想氣體的定義：理想氣體，是一種假想的實(shí)際上不存在的氣體，其分子是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)，分子間無(wú)相互作用力。也可以說(shuō)，理想氣體是實(shí)際氣體的壓力趨近于零時(shí)極限狀況。還可以討論什么情況下， 把氣體按照理想氣體處理，這已經(jīng)是后

17、一個(gè)問(wèn)題了。后一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)氣體距離液態(tài)比較遠(yuǎn)時(shí)(此 時(shí)分子間的距離相對(duì)于分子的大小非常大)，氣體的性質(zhì)與理想氣體相去不遠(yuǎn)，可以當(dāng)作理想 氣體。理想氣體是實(shí)際氣體在低壓高溫時(shí)的抽象。2氣體的摩爾體積 S是否因氣體的種類(lèi)而異？是否因所處狀態(tài)不同而異？任何氣體在任意狀態(tài)下摩爾體積是否都是0.022414m3/mol ？氣體的摩爾體積Vm不因氣體的種類(lèi)而異。所處狀態(tài)發(fā)生變化，氣體的摩爾體積也隨之發(fā)生變化。任何氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(p=101325Pa T=273.15K)下摩爾體積是0.022414m3/mol。在 其它狀態(tài)下，摩爾體積將發(fā)生變化。3 摩爾氣體常數(shù)R值是否隨氣體的種類(lèi)而不同或狀態(tài)不同而異？摩

18、爾氣體常數(shù)R是基本物理常數(shù)，它與氣體的種類(lèi)、狀態(tài)等均無(wú)關(guān)。4 如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為 pv=RT,這種工質(zhì)的比熱容、熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？是的。5 對(duì)于確定的一種理想氣體，Cp - cv是否等于定值？ cp/cv是否為定值？ cp- cv、cp/cv是否隨溫 度變化？Cp- Cv=R，等于定值，不隨溫度變化。Cp/Cv不是定值，將隨溫度發(fā)生變化。6 邁耶公式Cp- Cv=R是否適用于動(dòng)力工程中應(yīng)用的高壓水蒸氣？是否適用于地球大氣中的水 蒸氣？不適用于前者，一定條件下近似地適用于后者。7. 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=f（p, v）。但又曾得出

19、 結(jié)論，理想氣體的熱力學(xué)能（或焓）只取決于溫度，這兩點(diǎn)是否矛盾？為什么？不矛盾。pv=RT。熱力學(xué)能（或焓）與溫度已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，他們都可以表示為獨(dú)立參數(shù)p和v的函數(shù)。8. 為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵為零的基準(zhǔn)可以任選，所有情況下工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和 .專(zhuān)業(yè)資料.整理分享.WORD.格式.熵為零的基準(zhǔn)都可以任選？理想氣體的熱力學(xué)能或焓的參照狀態(tài)通常選定哪個(gè)或哪些個(gè)狀態(tài) 參數(shù)值？對(duì)理想氣體的熵又如何？我們經(jīng)常關(guān)注的是工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵的變化量，熱力學(xué)能、焓和熵的絕對(duì)量對(duì)變化 量沒(méi)有影響，所以可以任選工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵為零的基準(zhǔn)。所有情況下工質(zhì)的熱力學(xué)能、 焓和熵為零的基準(zhǔn)都可以

20、任選？不那么絕對(duì)，但是在工程熱力學(xué)范圍內(nèi)，可以這么說(shuō)。工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵的絕對(duì)零點(diǎn)均為絕對(duì)零度(0K,但是目前物理學(xué)研究成果表明，即使絕對(duì) 零度，工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵也不準(zhǔn)確為零，在絕對(duì)零度，物質(zhì)仍有零點(diǎn)能，由海森堡測(cè)不 準(zhǔn)關(guān)系確定。(熱力學(xué)第三定律可以表述為，絕對(duì)零度可以無(wú)限接近，但永遠(yuǎn)不可能達(dá)到。)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(p=101325PaT=273.15K)°(p=101325PaT=293.15K)、(p=101325PaT=298.15K)， 水的三相點(diǎn)，等等。9 氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及s0的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)?標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)10.在圖3-15所示的T-s圖上任意可逆過(guò)程1 - 2的熱

21、量如何表示？理想氣體1和2狀態(tài)間 熱力學(xué)能變化量、焓變化量能否在圖上用面積表示？若1 -2經(jīng)過(guò)的是不可逆過(guò)程又如何？曲線1-2下的曲邊梯形面積就是任意可逆過(guò)程1 - 2的熱量。dQ=TdS沿過(guò)程的積分。Q= U+W所以U=Q- W不可逆過(guò)程傳熱量不能用曲邊梯形面積表達(dá)，但是熱力學(xué)能和焓還可以用原方式表達(dá)，因?yàn)闊崃W(xué)能和焓都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過(guò)程路徑無(wú)關(guān)。: ! p=0p*.專(zhuān)業(yè)資料.整理分享.11.WORD.格式.11 理想氣體熵變計(jì)算式（3-39 ）、（ 3-41 ）、（ 3-43）等是由可逆過(guò)程導(dǎo)出，這些計(jì)算式是否可以用于不可逆過(guò)程初、終態(tài)的熵變？為什么？可以。熵是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過(guò)程

22、路徑無(wú)關(guān)。12熵的數(shù)學(xué)定義式為ds=dq/T，又dq=cdT,故ds=（cdT）/T。因理想氣體的比熱容是溫度的單值函數(shù)，所以理想氣體的熵也是溫度的單值函數(shù)，這一結(jié)論是否正確？若不正確，錯(cuò)在何處?不正確。錯(cuò)在c不是狀態(tài)參數(shù)，與過(guò)程有關(guān)。是溫度單值函數(shù)的是定過(guò)程比熱。13 試判斷下列各說(shuō)法是否正確：（1）氣體吸熱后熵一定增大；（2）氣體吸熱后溫度一定升高；（3）氣體吸熱后熱力學(xué)能一定增加；（4）氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功；（5）氣體壓縮時(shí)一定耗功。（1）正確；（2）不正確；（3）不正確；（4）正確；（5）正確。14 氮、氧、氨這樣的工質(zhì)是否和水一樣也有飽和狀態(tài)的概念，也存在臨界狀態(tài)？是的。幾乎所有的

23、純物質(zhì)（非混合物）都有飽和狀態(tài)的概念，也存在臨界狀態(tài)。此外的物 質(zhì)性質(zhì)更為復(fù)雜。15 水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是不是唯一確定的？三相點(diǎn)與臨界點(diǎn)有什么差異？水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是唯一確定的，這一點(diǎn)由吉布斯相律確認(rèn)：對(duì)于多元（如k個(gè)組元） 多相（如f個(gè)相）無(wú)化學(xué)反應(yīng)的熱力系，其獨(dú)立參數(shù)，即自由度 n = k - f + 2。三相點(diǎn)：k =1, f = 3，故 n = 0。三相點(diǎn)是三相共存點(diǎn)，在該點(diǎn)發(fā)生的相變都具有相變潛熱。臨界點(diǎn)兩相歸一，差別消失，相變是連續(xù)相變，沒(méi)有相變潛熱。三相點(diǎn)各相保持各自的物性參數(shù)沒(méi)有巨大的變化， 臨界點(diǎn)的 物性參數(shù)會(huì)產(chǎn)生巨大的峰值變化。三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)是蒸汽壓曲線的兩個(gè)端點(diǎn)。三

24、相點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)， 臨界點(diǎn)不容易實(shí)現(xiàn)。16. 水的汽化潛熱是否是常數(shù)？有什么變化規(guī)律？水的汽化潛熱不是常數(shù)，三相點(diǎn)汽化潛熱最大，隨著溫度和壓力的提高汽化潛熱逐漸縮小， 臨界點(diǎn)處汽化潛熱等于零。17. 水在定壓汽化過(guò)程中，溫度保持不變，因此，根據(jù)q='u+w,有人認(rèn)為過(guò)程中的熱量等于 膨脹功，即q=w,對(duì)不對(duì)？為什么？不對(duì)。厶u=cJT是對(duì)單相理想氣體而言的。水既不是理想氣體，汽化又不是單相變化，所 以q=w的結(jié)論是錯(cuò)的18有人根據(jù)熱力學(xué)第一定律解析式5q=dh-vdp和比熱容的定義c=，所以認(rèn)為也hp =Cp：ATdTT1是普遍適用于一切工質(zhì)的。進(jìn)而推論得出水定壓汽化時(shí)，溫度不變，因此其焓

25、變量=Cp ： AT =00這一推論錯(cuò)誤在哪里？c=j!是針對(duì)單相工質(zhì)的，不適用于相變過(guò)程。dT第四章氣體和蒸汽的基本熱力過(guò)程1 試以理想氣體的定溫過(guò)程為例，歸納氣體的熱力過(guò)程要解決的問(wèn)題及使用方法。要解決的問(wèn)題：揭示過(guò)程中狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，揭示熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換情況，找出其內(nèi)在規(guī)律及影響轉(zhuǎn)化的因素。 在一定工質(zhì)熱力性質(zhì)的基本條件下， 研究外界條件對(duì)能量 轉(zhuǎn)換的影響，從而加以利用。使用的方法：分析典型的過(guò)程。分析理想氣體的定值的可逆過(guò)程，即過(guò)程進(jìn)行時(shí)限定某 一參數(shù)不發(fā)生變化。分析步驟1）建立過(guò)程方程式；2）找出（基本）狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，確定不同狀態(tài)下參數(shù)之間的關(guān)系；3）求出能量參數(shù)的變

26、化（過(guò)程功、技術(shù)功、熱力學(xué)能、焓、熵、傳熱量等等）；4）畫(huà)出過(guò)程變化曲線（在T-s圖、p-v圖上）。2 對(duì)于理想氣體的任何一種過(guò)程，下列兩組公式是否都適用？u=Cv（t2 t1）， h=Cp（t2 t1）; q=u=Cv（t2 t1），q= h=cp（t2 - t1）第一組都適用，第二組不適用。第二組第一式只適用于定容過(guò)程， 第二式只適用于定壓過(guò) 程。3. 在定容過(guò)程和定壓過(guò)程中，氣體的熱量可根據(jù)過(guò)程中氣體的比熱容乘以溫差來(lái)計(jì)算。定溫過(guò)程氣體的溫度不變，在定溫膨脹過(guò)程中是否需要對(duì)氣體加入熱量？如果加入的話應(yīng)如何計(jì) 算？算？需要加入熱量。qMu+w,對(duì)于理想氣體，q=w=RTJn或q=Ah+w,

27、對(duì)于理想氣體，qViv2=wt= RT In -。4. 過(guò)程熱量q和過(guò)程功w都是過(guò)程量，都和過(guò)程的途徑有關(guān)。由理想氣體可逆定溫過(guò)程熱量 公式q= pm I可知，只要狀態(tài)參數(shù)pi、vi和V-確定了，q的數(shù)值也確定了，是否可逆定溫過(guò)vi程的熱量q與途徑無(wú)關(guān)？“可逆定溫過(guò)程”已經(jīng)把途徑規(guī)定好了，此時(shí)談與途徑的關(guān)系沒(méi)有意義。再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍，過(guò)程熱量q和過(guò)程功w都是過(guò)程量，都和過(guò)程的途徑有關(guān)。5. 閉口系在定容過(guò)程中外界對(duì)系統(tǒng)施以攪拌功 、；w,問(wèn)這時(shí)Q=m(cdT是否成立？不成立。攪拌功 w以機(jī)械能形式通過(guò)系統(tǒng)邊界，在工質(zhì)內(nèi)部通過(guò)流體內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊?從而導(dǎo)致溫度和熱力學(xué)能升高。Q是通過(guò)邊界傳遞的熱能，不包

28、括機(jī)械能。6 .絕熱過(guò)程的過(guò)程功w和技術(shù)功w的計(jì)算式w=ui - U2，w=h1 - h2是否只適用于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過(guò)程？為什么?兩式來(lái)源于熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式和第二表達(dá)式，唯一條件就是絕熱q=0,與是否理想氣體無(wú)關(guān)，且與過(guò)程是否可逆也無(wú)關(guān)，只是必須為絕熱過(guò)程。7 試判斷下列各種說(shuō)法是否正確？(1) 定容過(guò)程即無(wú)膨脹(或壓縮)功的過(guò)程;(2) 絕熱過(guò)程即定熵過(guò)程；(3) 多變過(guò)程即任意過(guò)程。正確。(2)絕熱過(guò)程即定熵過(guò)程;錯(cuò)誤，可逆絕熱過(guò)程是定熵過(guò)程,不可逆絕熱過(guò)程不是答：(1)定容過(guò)程即無(wú)膨脹(或壓縮)功的過(guò)程;.專(zhuān)業(yè)資料.整理分享.定熵過(guò)程。(3)多變過(guò)程即任意過(guò)程錯(cuò)誤

29、，右圖中的過(guò)程就不是多變過(guò)程。圖 4-178.參照?qǐng)D4-17，試證明：qi-2-3 = qy。圖中1 - 2、4 -3各為定容過(guò)程，1 - 4、2 -3各為定壓 過(guò)程。證明：q“2-3 =q“2+q2-3， q“4-3 = q 1-4+ q 4-3q1-2= c v( T2 T1)，q2-3 = c p( T3 T2)= c v( T3 - T2)+ R(T3 - T2)，q4-3= c v( T3 - T4)，q1-2-3 =q1-2 +q2-3= c v( T2 - T1)+ c v(T3- T2)+ R(T3 - T2)=c v( T3 - T1)+ R( T3 - T2)q1-4-3

30、= q 1-4+ q 4-3 = c v(T4 - T1)+ 代 T4 - T1)+ Cv(T3 T4)q1-4= cp(T T1) = c v(T4 - T1)+R(T4 - T"。=c v( T3 - Ti)+ R( T4 - Ti)于是 qi-2-3 - qi-4-3= R(T3 T2) - R(T4- Ti)=F( T4 上-Tit) - (T4 - Ti)= R(2 - 1)( T4 - Ti)>0 PiPiPi所以，qi-2- q皿3，證畢。9如圖4-i8所示，今有兩個(gè)任意過(guò)程a - b及a- c, b點(diǎn)及c點(diǎn)在同一條絕熱線上，(i)試結(jié)果又如何?依題意，Tb>

31、;Tc，所以UUabAlUac。若b點(diǎn)及C點(diǎn)在同一條定溫線上，則=Uab= Uac。i0 理想氣體定溫過(guò)程的膨脹功等于技術(shù)功能否推廣到任意氣體？從熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式和第二表達(dá)式來(lái)看，膨脹功和技術(shù)功分別等于w=q-.；u和w=q-，非理想氣體的u和巾不一定等于零，也不可能相等，所以理想氣體定溫過(guò)程的 膨脹功等于技術(shù)功不能推廣到任意氣體。k 4k 4Ti p=T2 p11 下列三式的使用條件是什么?kk十k -1 十k-1P2V2 =pivi，Tivi =T2V2，使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過(guò)程12. T- s圖上如何表示絕熱過(guò)程的技術(shù)功 w和膨脹功w?13. 在pv和T s圖上如何判

32、斷過(guò)程q、w、，u、.汕的正負(fù)。通過(guò)過(guò)程的起點(diǎn)劃等容線（定容線），過(guò)程指向定容線右側(cè)，系統(tǒng)對(duì)外作功，w>0過(guò)程指向定容線左側(cè)，系統(tǒng)接收外功， w<Q通過(guò)過(guò)程的起點(diǎn)劃等壓線（定壓線），過(guò)程指向定壓線下側(cè)，系統(tǒng)對(duì)外輸出技術(shù)功，w>0;過(guò)程指向定壓線上側(cè)，系統(tǒng)接收外來(lái)技術(shù)功，w<0。通過(guò)過(guò)程的起點(diǎn)劃等溫線（定溫線），過(guò)程指向定溫線下側(cè)，心<0、巾<0;過(guò)程指向定溫線上側(cè)，u>0h>0o通過(guò)過(guò)程的起點(diǎn)劃等熵線（定熵線），過(guò)程指向定熵線右側(cè)，系統(tǒng)吸收熱量，q>0;過(guò)程指向定熵線左側(cè)，系統(tǒng)釋放熱量，q<0。Ts, n=ks14. 試以可逆絕熱過(guò)程

33、為例，說(shuō)明水蒸氣的熱力過(guò)程與理想氣體的熱力過(guò)程的分析計(jì)算有什么異同?相同點(diǎn)：都是首先確定起始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)， 然后在計(jì)算過(guò)程的作功量等數(shù)據(jù)。 計(jì)算過(guò)程 中，始終要符合熱力學(xué)第一定律。不同點(diǎn)：理想氣體的計(jì)算是依靠理想氣體狀態(tài)方程以及功和熱量的積分計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算， 而水蒸氣是依靠查圖查表進(jìn)行計(jì)算。15. 實(shí)際過(guò)程都是不可逆的，那么本章討論的理想可逆過(guò)程有什么意義？理想可逆過(guò)程是對(duì)實(shí)際過(guò)程的近似和抽象， 實(shí)際過(guò)程過(guò)于復(fù)雜不易于分析，通過(guò)理想可逆 過(guò)程的分析以及根據(jù)實(shí)際過(guò)程進(jìn)行適當(dāng)修正， 可以了解實(shí)際過(guò)程能量轉(zhuǎn)換變化情況， 以及如何 向理想可逆過(guò)程靠近以提高相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。第五章熱力學(xué)第二定律5-1熱

34、力學(xué)第二定律能否表達(dá)為：“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮埽鵁崮懿豢赡苋孔優(yōu)闄C(jī)械能。' 這種說(shuō)法有什么不妥當(dāng)？答：熱能不是不可能全部變成機(jī)械能， 如定溫過(guò)程就可以。但想要連續(xù)地將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 械能則是不可能的。5-2理想氣體進(jìn)行定溫膨脹時(shí)，可從單一恒溫?zé)嵩次氲臒崃浚瑢⒅哭D(zhuǎn)變?yōu)楣?duì)外輸出， 是否與熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文敘述有矛盾？提示：考慮氣體本身是否有變化。答：理想氣體進(jìn)行定溫膨脹時(shí)，壓力不斷降低，體積越來(lái)越大。當(dāng)壓力低到外界壓力時(shí)，就不能再繼續(xù)降低了，過(guò)程也就停止了。熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文敘述的內(nèi)容是： 不可能制造 出從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)（

35、第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是 不可能制造成功的。） 一方面壓力降低，體積增大就是變化；另一方面，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)要求連續(xù)工作，而定溫過(guò)程做不到。所以，這個(gè)過(guò)程與熱力學(xué)第二定律無(wú)矛盾。5-3自發(fā)過(guò)程是不可逆過(guò)程，非自發(fā)過(guò)程必為可逆過(guò)程，這一說(shuō)法是否正確？答：錯(cuò)?！胺亲园l(fā)過(guò)程必為可逆過(guò)程。”的說(shuō)法完全錯(cuò)誤，非自發(fā)過(guò)程需付出代價(jià)（更強(qiáng)的自發(fā)過(guò)程）才能實(shí)現(xiàn)，可逆過(guò)程則是一種實(shí)際上不存在的理想過(guò)程，兩者之間沒(méi)有什么關(guān)系5-4請(qǐng)給“不可逆過(guò)程”一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x。請(qǐng)歸納熱力過(guò)程中有哪幾種不可逆因素？答：各種不可逆因素總可以表示為將機(jī)械能耗散為熱能，例如溫差傳熱，卡諾說(shuō)：凡是有 溫度差的地方都可以產(chǎn)生動(dòng)力。因此，溫差傳熱使得本可以

36、作出的功沒(méi)有作出， 這就相當(dāng)于將 機(jī)械能耗散為熱能。凡是最終效果都可以歸結(jié)為使機(jī)械能耗散為熱能的過(guò)程都是不可逆過(guò)程。 熱力過(guò)程中的不可逆因素有功熱轉(zhuǎn)換、有限溫差傳熱、自由膨脹、混合過(guò)程、電阻等等。5-5試證明熱力學(xué)第二定律的各種說(shuō)法的等效性：若克勞修斯說(shuō)法不成立，則開(kāi)爾文說(shuō)法也不 成立。答：熱力學(xué)第二定律的各種說(shuō)法都是等效的，可以證明它們之間的等效性。圖4-1圖4-2如圖4- 1所示，某循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)E自高溫?zé)嵩碩i吸熱Q,將其中一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 W, 其余部分Q=Q- W排向低溫?zé)嵩碩2,如果可以違反克勞修斯說(shuō)法，即熱量 Q可以不花代價(jià)地 自低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩?，如圖中虛線所示那樣，則總的結(jié)果

37、為高溫?zé)嵩词崮?（Qi- Q）， 循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了相應(yīng)的機(jī)械能 W,而低溫?zé)嵩床o(wú)變化，相當(dāng)于一臺(tái)從單一熱源吸熱而作功 的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。所以，違反克勞修斯說(shuō)法必然違反開(kāi)爾文說(shuō)法，類(lèi)似地，違反開(kāi)爾文說(shuō)法也必 然違反克勞修斯說(shuō)法，兩種說(shuō)法完全等價(jià)（圖 4-2 ）。5-6下列說(shuō)法是否有錯(cuò)誤：（1）循環(huán)凈功 We愈大則循環(huán)熱效率愈高；（2）不可逆循環(huán)熱效率一定小于可逆循環(huán)熱效率；（3）可逆循環(huán)熱效率都相等，t " -巴oT1（1）錯(cuò)。（2）錯(cuò)。應(yīng)當(dāng)是在同樣的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g。否則沒(méi)有比較基礎(chǔ)。（3）錯(cuò)。應(yīng)當(dāng)是在同樣的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g。否則沒(méi)有比較基礎(chǔ)。5-7循環(huán)熱效率公式：t二

38、5 q2和七二T1 -T2是否完全相同？各適用于哪些場(chǎng)合？ q1T1答：不同。前者適用于一般的循環(huán)（可逆和不可逆循環(huán)），后者僅適用于在兩個(gè)恒溫?zé)嵩?之間工作的可逆循環(huán)。（第三版5-8題）不違反。它是依賴(lài)于壓力差作功的。5-8下述說(shuō)法是否正確：（1）熵增大的過(guò)程必定為吸熱過(guò)程；（2）熵減小的過(guò)程必為放熱過(guò) 程；（3）定熵過(guò)程必為可逆絕熱過(guò)程；（4）熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程；（5）使系統(tǒng)熵 增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程；（6）熵產(chǎn)Sg>0的過(guò)程必為不可逆過(guò)程。答：（1）錯(cuò)。不可逆絕熱過(guò)程熵也會(huì)增大。（2）錯(cuò)，不準(zhǔn)確。不可逆放熱過(guò)程，當(dāng)放熱引起的熵減大于不可逆引起的熵增時(shí)（亦即當(dāng)放熱量大于不可逆

39、耗散所產(chǎn)生的熱量時(shí)），它也可以表現(xiàn)為熵略微減少，但沒(méi)有可逆放熱過(guò)程熵減少那么多（3）錯(cuò)。不可逆放熱過(guò)程，當(dāng)放熱引起的熵減等于不可逆引起的熵增時(shí)（亦即當(dāng)放熱量 等于不可逆耗散所產(chǎn)生的熱量時(shí)），它也可以表現(xiàn)為熵沒(méi)有發(fā)生變化。（4）錯(cuò)。可逆吸熱過(guò)程熵增大。（5）錯(cuò)。理由如上?？梢哉f(shuō)：“使孤立系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程?！保?）對(duì)。5-9下述說(shuō)法是否有錯(cuò)誤：（1）不可逆過(guò)程的熵變 S無(wú)法計(jì)算；（2）如果從同一初始態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑，一為可逆，另一為不可逆，貝打S不可逆 S可逆，S，不可逆：s，可逆，,Sg,不可逆二&可逆；（3）不可逆絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵 S2Si，不可逆絕熱壓縮終

40、態(tài)熵小于初態(tài)熵 S2VS;（4）工質(zhì)經(jīng)過(guò)不可逆循環(huán):ds 0，c兩點(diǎn)答：（1）錯(cuò)。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要能夠確定起迄點(diǎn)，就可以確定熵變 US（2）錯(cuò)。應(yīng)為 s不可逆=s可逆、Sf，不可逆s，可逆、Sg，不可逆Sg，可逆。因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)，同一初始狀態(tài)和同一終了狀態(tài)之間的熵差保持同一數(shù)值，與路徑無(wú)關(guān)（3） 錯(cuò)。不可逆絕熱壓縮過(guò)程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵，SS（4）錯(cuò)。： ds =0，因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)。5-10從點(diǎn)a開(kāi)始有兩個(gè)可逆過(guò)程：定容過(guò)程a - b和定壓過(guò)程a - c,b、在同一條絕熱線上（見(jiàn)圖5 - 34），問(wèn)qa-b和qa-c哪個(gè)大？并在T- s圖上表示過(guò)程a - b和ac 及 qa-b和 qa

41、-c。答：可逆定容過(guò)程a-b和可逆定壓過(guò)程a-c的逆過(guò)程c-a以及 可逆絕熱線即定熵線上過(guò)程b-c構(gòu)成一可逆循環(huán)，它們圍成的面積代表了對(duì)外作功量，過(guò)程 a-b吸熱，過(guò)程c-a放熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，必然有 qa-b > qc-a ，才能對(duì)外輸出凈功 也就是，qa-b>qa-c o圖中，qa-b為absbsaa圍成的面積，qa-c為acsbsaa圍成的面積。5-11某種理想氣體由同一初態(tài)經(jīng)可逆絕熱壓縮和不可逆絕熱壓縮兩種過(guò)程，將氣體壓縮到相同的終壓，在p-v圖上和T- s圖上畫(huà)出兩過(guò)程，并在T- s圖上示出兩過(guò)程的技術(shù)功及不可 逆過(guò)程的火損失。答：見(jiàn)圖5-12孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了（ 1

42、）可逆過(guò)程；（2）不可逆過(guò)程，問(wèn)孤立系統(tǒng)的總能、總熵、總 火用 各如何變化？答：（1）孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了可逆過(guò)程后，總能、總熵、總火都不變。（2）孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了不可逆過(guò)程后，總能不變，總熵、總火都發(fā)生變化。5-13 例 5 - 12 中氮?dú)庥?0.45MPa 310K可逆定溫膨脹變化到 0.11MPa 310K, w-2, ma=w=129.71 kJ/kg，但根據(jù)最大有用功的概念，膨脹功減去排斥大氣功（無(wú)用功）才等于有用功，這里是 否有矛盾？答：沒(méi)有矛盾。5-14下列命題是否正確？若正確，說(shuō)明理由；若錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。（1）成熟的蘋(píng)果從樹(shù)枝上掉下，通過(guò)與大氣、地面的摩擦、碰撞，蘋(píng)果的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)

43、 境介質(zhì)的熱力學(xué)能，勢(shì)能全部是火用全部轉(zhuǎn)變?yōu)榛馃o(wú)。（2）在水壺中燒水，必有熱量散發(fā)到環(huán)境大氣中，這就是 火無(wú)而使水升溫的那部分稱(chēng)之 為火H（3） 杯熱水含有一定的熱量火用冷卻到環(huán)境溫度，這時(shí)的熱量就已沒(méi)有 火用值。（4）系統(tǒng)的火只能減少不能增加。（5）任一使系統(tǒng)火用曾加的過(guò)程必然同時(shí)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)使 火減少的過(guò)程。5-15閉口系統(tǒng)絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)由初態(tài)1變化到終態(tài)2，則w=u -屮。考慮排斥大氣作功，有 用功為w= U1 - U2 - po（V1-V2），但據(jù)火用勺概念系統(tǒng)由初態(tài)1變化到終態(tài)2可以得到的最大有用 功即為熱力學(xué)能 火用差: W,max=e<,U1 - exU2= U1 -

44、U2 - To（S 1 - S2）- p0（V 1 - V2）。為什么系統(tǒng)由初態(tài) 1 可逆變化到終態(tài)2得到的最大有用功反而小于系統(tǒng)由初態(tài) 1不可逆變化到終態(tài)2得到的有用功 ??？?jī)烧邽槭裁床灰恢?？第六章?shí)際氣體的性質(zhì)及熱力學(xué)一般關(guān)系式1. 實(shí)際氣體性質(zhì)與理想氣體性質(zhì)差異產(chǎn)生的原因是什么？在什么條件下才可以把實(shí)際氣體作理想氣體處理？答：差異產(chǎn)生的原因就是理想氣體忽略了分子體積與分子間作用力。當(dāng) P-0時(shí)，實(shí)際氣 體成為理想氣體。實(shí)際情況是當(dāng)實(shí)際氣體距離其液態(tài)較遠(yuǎn)時(shí)， 分子體積與分子間作用力的影響 很小，可以把實(shí)際氣體當(dāng)作理想氣體處理。2. 壓縮因子Z的物理意義怎么理解？能否將 Z當(dāng)作常數(shù)處理？答：

45、由于分子體積和分子間作用力的影響， 實(shí)際氣體的體積與同樣狀態(tài)下的理想氣體相比， 發(fā)生了變化。變化的比例就是壓縮因子。 Z不能當(dāng)作常數(shù)處理。3. 范德瓦爾方程的精度不高，但是在實(shí)際氣體狀態(tài)方程的研究中范德瓦爾方程的地位卻很高，為什么？答：范德瓦爾方程是第一個(gè)實(shí)際氣體狀態(tài)方程，在各種實(shí)際氣體狀態(tài)方程中它的形式最簡(jiǎn) 單；它較好地定性地描述了實(shí)際氣體的基本特征； 其它半理論半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)方程都是沿范德瓦 爾方程前進(jìn)的。4. 范德瓦爾方程中的物性常數(shù)a和b可以由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到，也可以由物質(zhì)的 Ter、per、Ver 計(jì)算得到，需要較高的精度時(shí)應(yīng)采用哪種方法，為什么？答：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自于實(shí)際，而范德瓦爾臨界

46、壓縮因子與實(shí)際的壓縮因子誤差較大，所以由 試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的接近于實(shí)際。5. 如何看待維里方程？ 一定條件下維里系數(shù)可以通過(guò)理論計(jì)算，為什么維里方程沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用？答：維里方程具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，各個(gè)維里系數(shù)具有明確的物理意義，并且原則上都可以通過(guò)理論計(jì)算。但是第四維里系數(shù)以上的高級(jí)維里系數(shù)很難計(jì)算，三項(xiàng)以?xún)?nèi)的維里方程已在BWRf程、MH方程中得到了應(yīng)用，故在計(jì)算工質(zhì)熱物理性質(zhì)時(shí)沒(méi)有必要再使用維里方程，而是在研究實(shí)際氣體狀態(tài)方程時(shí)有所應(yīng)用。6. 什么叫對(duì)應(yīng)態(tài)定律？為什么要引入對(duì)應(yīng)態(tài)定律？什么是對(duì)比參數(shù)？答：在相同的對(duì)比態(tài)壓力和對(duì)比態(tài)溫度下，不同氣體的對(duì)比態(tài)比體積必定相同。弓I入對(duì)應(yīng)態(tài)原理，可

47、以使我們?cè)谌狈υ敿?xì)資料的情況下， 能借助某一資料充分的參考流體的熱力性質(zhì)來(lái)估算其它流體的性質(zhì)。某氣體狀態(tài)參數(shù)與其臨界參數(shù)的比值稱(chēng)為熱力對(duì)比參數(shù)。（對(duì)比參數(shù)是一種無(wú)量綱參數(shù)）7. 物質(zhì)除了臨界狀態(tài)、p-v圖上通過(guò)臨界點(diǎn)的等溫線在臨界點(diǎn)的一階導(dǎo)數(shù)等于零、兩階導(dǎo)數(shù)等于零等性質(zhì)以外，還有哪些共性？如何在確定實(shí)際氣體的狀態(tài)方程時(shí)應(yīng)用這些共性？答：8. 自由能和自由焓的物理意義是什么？?jī)烧叩淖兓吭谑裁礂l件下會(huì)相等？答: H=G + TS, U=F + TS。dg =dh-d（Ts） =dh- Tds- sdT，簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)在可逆等溫等壓條件下，處于平衡狀態(tài)：dg = - Tds，ds=0 : dg=O

48、。若此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生不可逆變化 （外部條件不變），則ds>0, = dg<0。 例如系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)熱能（都是熱力學(xué)能），必要條件是dg<0,否則過(guò)程不能發(fā)生。類(lèi)似地，簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)在等溫等容條件下，內(nèi)部發(fā)生變化的必要條件是：df<0。引申：系統(tǒng)的g、f沒(méi)有時(shí)，dg=O, df=0。內(nèi)部變化不再進(jìn)行。進(jìn)而可以認(rèn)為 g、f是系統(tǒng) 內(nèi)部變化的能力和標(biāo)志，所以分別稱(chēng)為自由焓、自由能，相應(yīng)地，TS可稱(chēng)為束縛能。與火相比，吉布斯自由能和亥姆霍茲自由能不需要與環(huán)境狀態(tài)聯(lián)系，且是工質(zhì)的狀態(tài)參 數(shù)。搞理論熱力學(xué)的人(物理學(xué)家們)根本不拿火用當(dāng)回事。兩者的變化量在什么

49、條件下會(huì)相等？有什么意義呢？dg-df=d(h - Ts) - d(u - Ts)=dh -du=O,對(duì)于理想氣體可逆等溫過(guò)程，兩者的變化量相等?；蛘撸篸h - du= d(pv)=O9. 什么是特性函數(shù)？試說(shuō)明u=u(s, p)是否是特性函數(shù)。答：某些狀態(tài)參數(shù)表示成特定的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)的函數(shù)時(shí)，只需一個(gè)狀態(tài)參數(shù)就可以確定系 統(tǒng)的其它參數(shù)，這樣的函數(shù)就稱(chēng)為特性函數(shù)。熱力學(xué)能函數(shù)僅在表示成熵及比體積的函數(shù)時(shí)才 是特性函數(shù)，換成其它獨(dú)立參數(shù)，如 u=u(s, p)，則不能由它全部確定其它平衡性質(zhì)，也就不 是特性函數(shù)了。10. 常用的熱系數(shù)有哪些？是否有共性？答：熱系數(shù)由基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T構(gòu)成，可

50、以直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其數(shù)值。11. 如何利用狀態(tài)方程和熱力學(xué)一般關(guān)系式求取實(shí)際氣體的泊、厶h、厶s ？答:根據(jù)熱力學(xué)一般關(guān)系式和狀態(tài)方程式以及補(bǔ)充數(shù)據(jù)，可以利用已知性質(zhì)推出未知性質(zhì)，并求出能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。例如，當(dāng)計(jì)算單位質(zhì)量氣體由參考狀態(tài)po、To變到某一其它狀態(tài)p、T后焓的變化時(shí)，可利用dH方程式，即式(5-45)。由于焓是一種狀態(tài)參數(shù)，所以dH為全微分， 因而dH的線積分只是端態(tài)的函數(shù)，與路徑無(wú)關(guān)。這樣就可以在兩個(gè)端態(tài)之間選擇任意一個(gè)過(guò) 程或幾個(gè)過(guò)程的組合。兩種簡(jiǎn)單的組合示于圖(5-)中。對(duì)于圖(5-)中由線0aA所描述的過(guò)程組合，將式(5-45)先在等壓p。下由T。積分到T，隨后 在等溫T下

51、由po積分到p,其結(jié)果為：ha ho =b(p, T o)p= con st.A(p, T)h _haToPoTo= con st.T= con st.O(po, To)po= con st. a(po, T)將上兩式相加，就可得到:_ Th _ho = |T CpdT:+po-TKdpT(5-47)對(duì)于ObA的過(guò)程組合，將式(5-45)先在等溫To下由po積分到p,隨后在等壓p下由To積分到T,由這種組合可以得到:p30TCpdT 0p(5-48)p時(shí)的Cp數(shù)式(5-47)需要在po壓力下特定溫度范圍內(nèi)的Cp數(shù)據(jù)，而式(5-48)則需要較高壓力據(jù)。由于比熱的測(cè)量相對(duì)地在低壓下更易進(jìn)行，所以選

52、式(5-47)更為合適。12.試導(dǎo)出以T、p及p、v為獨(dú)立變量的du方程及以T、v及p、v為獨(dú)立變量的dh方程。13. 本章導(dǎo)出的關(guān)于熱力學(xué)能、焓、熵的一般關(guān)系式是否可用于不可逆過(guò)程？答：由于熱力學(xué)能、焓、熵都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過(guò)程無(wú)關(guān)，所以其結(jié)果也可以用于不 可逆過(guò)程。14. 試根據(jù)Cp - Cv的一般關(guān)系式分析水的比定壓熱容和比定容熱容的關(guān)系答：0.5Mpa, 100C水的比體積 v=0.0010435m7kg ; 0.5MPa, 110°C時(shí) v=0.0010517 ml/kg ;31Mpa 100C 時(shí) v=0.0010432m/kg。Cp G "Tc 門(mén) ” j

53、O.0010517 0.0010435 V（1 0.5為06V110100丿 p（0.0010432 0.0010435 丄=418.18 J/（kg K）15. 水的相圖和一般物質(zhì)的相圖區(qū)別在哪里？為什么？答：一般物質(zhì)的相圖中，液固平衡曲線的斜率為正值，壓力越高，平衡溫度（相變溫度） 越高。水的相圖中，液固平衡曲線的斜率為負(fù)值，導(dǎo)致壓力越高，平衡溫度（相變溫度）越低16. 平衡的一般判據(jù)是什么？討論自由能判據(jù)、自由焓判據(jù)和熵判據(jù)的關(guān)系。答：孤立系統(tǒng)熵增原理給出了熱力學(xué)平衡的一般判據(jù)， 即熵判據(jù)。孤立系統(tǒng)中過(guò)程進(jìn)行的 方向是使熵增大的方向，當(dāng)熵達(dá)到最大值時(shí)，過(guò)程不能再進(jìn)行下去，孤立系統(tǒng)達(dá)到熱力

54、學(xué)平衡 狀態(tài)。在等溫定壓條件下，熵判據(jù)退化為吉布斯自由能（自由焓）判據(jù)：系統(tǒng)的自發(fā)過(guò)程朝著使 吉布斯自由能減小的方向進(jìn)行；等溫定容條件下，熵判據(jù)退化為亥姆霍茲自由能（自由能）判 據(jù)：系統(tǒng)的自發(fā)過(guò)程朝著使亥姆霍茲自由能減小的方向進(jìn)行。第七章氣體與蒸汽的流動(dòng)1 對(duì)改變氣流速度起主要作用的是通道的形狀還是氣流本身的狀態(tài)變化？答：對(duì)改變氣流速度起主要作用的是氣流本身的狀態(tài)變化，即力學(xué)條件。通道的形狀即幾何條件也對(duì)改變氣流速度起重要作用，兩者不可或缺。但在某些特殊的、局部的場(chǎng)合，矛盾的主次 雙方發(fā)生轉(zhuǎn)化，通道的形狀可能成為主要作用方面。2 如何用連續(xù)性方程解釋日常生活的經(jīng)驗(yàn)：水的流通截面積增大，流速就降

55、低？.ACf答：qmcon sta ntv在日常生活中，水可視為不可壓縮流體，其比體積不會(huì)發(fā)生變化，因而由上式有Acf=常數(shù)，即截面積變化與速度變化成反比。3.在高空飛行可達(dá)到高超音速的飛機(jī)在海平面上是否能達(dá)到相同的高馬赫數(shù)？答：不能。高空氣溫低，由理想氣體音速a= =、kpv = . kRT可知當(dāng)?shù)芈曀俦容^低，一定的飛行速度可以取得較高的馬赫數(shù)，而海平面溫度比高空高幾十K，相應(yīng)聲速較大，同樣的飛行速度所獲得的馬赫數(shù)要小一些。此外，高空空氣比海平面稀薄得多，飛行阻力也小得多，所以飛行 速度上也會(huì)有差異。4.當(dāng)氣流速度分別為亞聲速和超聲速時(shí)，下列形狀的管道（圖7- 16）宜于作噴管還是宜于作擴(kuò)壓管?圖7 - 16思考題7 -4附圖答：亞聲速時(shí)噴管擴(kuò)壓管?chē)姽芏疾贿m合超聲速時(shí).WORD.格式.擴(kuò)壓管?chē)姽軘U(kuò)壓管都不合適5 當(dāng)有摩擦損耗時(shí)，噴管的流出速度同樣可用Cf2=,2h°h2來(lái)計(jì)算，似乎與無(wú)摩擦損耗時(shí)相同，那么，摩擦損耗表現(xiàn)在哪里呢？答：如右側(cè)溫熵圖，兩條斜線是等壓線，垂直線是可逆絕熱膨脹過(guò)程。有摩擦?xí)r，過(guò)程為不可逆，如虛線所表示。顯而易見(jiàn)，過(guò)程結(jié)束時(shí)溫度比可逆情況下要高，這兩個(gè)溫度對(duì)應(yīng)的焓之差就是摩擦損 耗的表現(xiàn)6考