第二章-習(xí)題課

1、2021/8/21第二章 習(xí)題課2021/8/22一、簡(jiǎn)答題2021/8/23基本概念和熱力學(xué)第一定律基本概念和熱力學(xué)第一定律1. 當(dāng)真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際當(dāng)真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈大還是愈小？壓力愈大還是愈小？答：真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈小。答：真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈小。2. 不可逆過(guò)程是無(wú)法回復(fù)到初態(tài)的過(guò)程，這種說(shuō)法不可逆過(guò)程是無(wú)法回復(fù)到初態(tài)的過(guò)程，這種說(shuō)法是否正確？是否正確？答：不正確。不可逆過(guò)程是指不論用任何方法都不能在外界不答：不正確。不可逆過(guò)程是指不論用任何方法都不能在外界不遺留任何變化的情況下使

2、系統(tǒng)回復(fù)到初態(tài)，并不是不能回復(fù)到遺留任何變化的情況下使系統(tǒng)回復(fù)到初態(tài)，并不是不能回復(fù)到初態(tài)。初態(tài)。2021/8/243.3.絕熱剛性容器，中間用隔板分為兩部分，左邊絕熱剛性容器，中間用隔板分為兩部分，左邊盛有空氣，右邊為真空，抽掉隔板，空氣將充滿盛有空氣，右邊為真空，抽掉隔板，空氣將充滿整個(gè)容器。問(wèn)：整個(gè)容器。問(wèn)： 空氣的熱力學(xué)能如何變空氣的熱力學(xué)能如何變化？化？ 空氣是否作出了功？空氣是否作出了功？ 能否在坐標(biāo)圖上能否在坐標(biāo)圖上表示此過(guò)程？為什么？表示此過(guò)程？為什么？答：（答：（1）空氣絕熱自由膨脹過(guò)程的熱力學(xué)能不變。）空氣絕熱自由膨脹過(guò)程的熱力學(xué)能不變。 （2）空氣對(duì)外不做功。）空氣對(duì)外不

3、做功。 （3）不能在坐標(biāo)圖上）不能在坐標(biāo)圖上以實(shí)線以實(shí)線表示此過(guò)程，因?yàn)椴皇菧?zhǔn)表示此過(guò)程，因?yàn)椴皇菧?zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。靜態(tài)過(guò)程。2021/8/254.“任何沒(méi)有體積變化的過(guò)程就一定不對(duì)外作功任何沒(méi)有體積變化的過(guò)程就一定不對(duì)外作功”的說(shuō)法是否正確？的說(shuō)法是否正確？答：不正確，因?yàn)橥夤Φ暮x很廣，比如電磁功、表面張答：不正確，因?yàn)橥夤Φ暮x很廣，比如電磁功、表面張力功等等，如果只考慮力功等等，如果只考慮容容積功的話，那么沒(méi)有積功的話，那么沒(méi)有容容積變化的積變化的過(guò)程就一定不對(duì)外作功。過(guò)程就一定不對(duì)外作功。5.試比較圖試比較圖1 1所示的過(guò)程所示的過(guò)程1-2與過(guò)程與過(guò)程1-a-2中下列各量中下列各量的大小：

4、的大小：W12與與W1a2；(2)D DU12與與D DU1a2；(3)Q12與與Q1a2圖1 思考題5附圖答：（答：（1）W1a2大。大。（2）一樣大。一樣大。（3）Q1a2大。大。2021/8/266 6.下列說(shuō)法是否正確？下列說(shuō)法是否正確？ 氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功。氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功。答：答：錯(cuò)，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，對(duì)外不作功。錯(cuò)，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，對(duì)外不作功。氣體被壓縮時(shí)一定消耗外功。氣體被壓縮時(shí)一定消耗外功。答：答：對(duì)，因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第二定律，氣體是不可能自壓對(duì)，因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第二定律，氣體是不可能自壓縮的，要想壓縮體積，必須借助于外功?？s的，要想壓縮體

5、積，必須借助于外功。氣體膨脹時(shí)必須對(duì)其加熱。氣體膨脹時(shí)必須對(duì)其加熱。答：答：錯(cuò)，比如氣體向真空中絕熱自由膨脹，不用對(duì)其加熱。錯(cuò)，比如氣體向真空中絕熱自由膨脹，不用對(duì)其加熱。氣體邊膨脹邊放熱是可能的。氣體邊膨脹邊放熱是可能的。答：答：對(duì)，如多變過(guò)程，當(dāng)對(duì)，如多變過(guò)程，當(dāng)n大于大于k時(shí)，可實(shí)現(xiàn)邊膨脹邊放熱。時(shí)，可實(shí)現(xiàn)邊膨脹邊放熱。2021/8/27氣體邊被壓縮邊吸入熱量是不可能的。氣體邊被壓縮邊吸入熱量是不可能的。答：答：錯(cuò)，如多變過(guò)程，當(dāng)錯(cuò)，如多變過(guò)程，當(dāng)n大于大于k時(shí)，可實(shí)現(xiàn)邊壓縮邊吸熱。時(shí)，可實(shí)現(xiàn)邊壓縮邊吸熱。對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種情況不可能。對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種情況不

6、可能。答：答：錯(cuò)，比如多變過(guò)程，當(dāng)錯(cuò)，比如多變過(guò)程，當(dāng)n大于大于1，小于，小于k時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低。工質(zhì)加熱，其溫度反而降低。7. 7. 說(shuō)明下列各式的應(yīng)用條件：說(shuō)明下列各式的應(yīng)用條件：wuqD答：答：閉口系閉口系統(tǒng)統(tǒng)的的任何任何過(guò)程過(guò)程，任何工質(zhì)。，任何工質(zhì)。Dpdvuq 答：答：閉口系統(tǒng)的可逆過(guò)程閉口系統(tǒng)的可逆過(guò)程，任何工質(zhì)。，任何工質(zhì)。2021/8/28)(1122vpvpuqD答：答：開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，并且技術(shù)功為零開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，并且技術(shù)功為零，任何工質(zhì)。，任何工質(zhì)。)(12vvpuqD答：答：開口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流動(dòng)過(guò)程，并且技術(shù)功為零；開

7、口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流動(dòng)過(guò)程，并且技術(shù)功為零；或者閉口系統(tǒng)的或者閉口系統(tǒng)的可逆可逆定壓過(guò)程。定壓過(guò)程。2021/8/29熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律2021/8/210一、下一、下列說(shuō)法是否正確？為什么？列說(shuō)法是否正確？為什么？熵增大的過(guò)程為不可逆過(guò)程。熵增大的過(guò)程為不可逆過(guò)程。答：答： 不正確不正確。只有孤立系統(tǒng)才可以這樣說(shuō)。只有孤立系統(tǒng)才可以這樣說(shuō)。不可逆過(guò)程的熵變不可逆過(guò)程的熵變S無(wú)法計(jì)算無(wú)法計(jì)算。答：答：不正確不正確。S S為狀態(tài)參數(shù)，和過(guò)程無(wú)關(guān)，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計(jì)算為狀態(tài)參數(shù)，和過(guò)程無(wú)關(guān)，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計(jì)算。（3 3）若工質(zhì)從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不可若工質(zhì)

8、從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不可逆途徑的逆途徑的S必大于可逆途徑的必大于可逆途徑的S。答；不對(duì)，S為狀態(tài)參數(shù)，和過(guò)程無(wú)關(guān)，S相等。（4 4）工質(zhì)經(jīng)歷不可逆循環(huán)后工質(zhì)經(jīng)歷不可逆循環(huán)后S0。答：答：不對(duì)，工質(zhì)經(jīng)歷可逆和不可逆循環(huán)后都回到初態(tài)，所以熵變?yōu)榱?。不?duì)，工質(zhì)經(jīng)歷可逆和不可逆循環(huán)后都回到初態(tài)，所以熵變?yōu)榱恪?(5) (5) 自然界的過(guò)程都是朝著熵增的方向進(jìn)行的，因此熵減小的過(guò)程自然界的過(guò)程都是朝著熵增的方向進(jìn)行的，因此熵減小的過(guò)程不可能實(shí)現(xiàn)不可能實(shí)現(xiàn)。答：答：不對(duì)，比如系統(tǒng)的理想氣體的可逆定溫壓縮過(guò)程，系統(tǒng)對(duì)外放熱，熵減小不對(duì)，比如系統(tǒng)的理想氣體的可逆定溫壓縮過(guò)程，系統(tǒng)對(duì)外放

9、熱，熵減小。2021/8/211二、判斷各情況的熵變二、判斷各情況的熵變 （1）閉口系經(jīng)歷一可逆變化過(guò)程，系統(tǒng)與外界交換閉口系經(jīng)歷一可逆變化過(guò)程，系統(tǒng)與外界交換功量功量10kJ，熱量，熱量-10kJ，系統(tǒng)熵變，系統(tǒng)熵變。 減少減少（2）閉口系經(jīng)歷一不可逆變化過(guò)程，系統(tǒng)與外界交換功）閉口系經(jīng)歷一不可逆變化過(guò)程，系統(tǒng)與外界交換功量量10kJ，熱量，熱量-10kJ，系統(tǒng)熵變，系統(tǒng)熵變。 不一定不一定（3）在一穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置內(nèi)工作的流體經(jīng)歷一不可逆過(guò)程在一穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置內(nèi)工作的流體經(jīng)歷一不可逆過(guò)程,裝置作功裝置作功20kJ，與外界交換熱量，與外界交換熱量-15kJ，流體進(jìn)出口熵變，流體進(jìn)出口熵變。不一定不

10、一定 （4）在一穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置內(nèi)工作的流體，經(jīng)歷一可逆過(guò)程，在一穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置內(nèi)工作的流體，經(jīng)歷一可逆過(guò)程，裝置作功裝置作功20kJ，與外界交換熱量，與外界交換熱量-15kJ，流體進(jìn)出口熵變。，流體進(jìn)出口熵變。（5）流體在穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的情況下按不可逆絕熱變化，系統(tǒng)對(duì)外流體在穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的情況下按不可逆絕熱變化，系統(tǒng)對(duì)外作功作功10kJ，此開口系統(tǒng)的熵變。，此開口系統(tǒng)的熵變。減少減少變大變大fgSSSD DD2021/8/212三、簡(jiǎn)答題三、簡(jiǎn)答題”循環(huán)輸出凈功愈大，則熱效率愈高；可逆循環(huán)的熱效率都相等；循環(huán)輸出凈功愈大，則熱效率愈高；可逆循環(huán)的熱效率都相等；不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率不可逆

11、循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率?！?這些說(shuō)法是否正確？為什么？這些說(shuō)法是否正確？為什么？答：答： 不正確，不正確，熱效率為輸出凈功和吸熱量的比，因此在相同吸熱量的熱效率為輸出凈功和吸熱量的比，因此在相同吸熱量的條件下，循環(huán)輸出的凈功愈大，則熱效率愈高。不是所有的可逆循環(huán)條件下，循環(huán)輸出的凈功愈大，則熱效率愈高。不是所有的可逆循環(huán)的熱效率都相等，必須保證的熱效率都相等，必須保證在在相同的條件下。在相同的相同的條件下。在相同的條件條件下，不可下，不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率。逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率。2.熱力學(xué)第二定律可否表述為熱力學(xué)第二定律可否表述為“機(jī)械能可以

12、全部變?yōu)闊崮埽鵁崮懿豢蓹C(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能能全部變?yōu)闄C(jī)械能”？答：答： 否。否。 必須保證過(guò)程結(jié)束后必須保證過(guò)程結(jié)束后對(duì)系統(tǒng)和外界沒(méi)有造成任何影響。對(duì)系統(tǒng)和外界沒(méi)有造成任何影響。否則熱能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能，比如理想氣體的定溫膨脹過(guò)程，系統(tǒng)把從外否則熱能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能，比如理想氣體的定溫膨脹過(guò)程，系統(tǒng)把從外界吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，外界雖然沒(méi)有任何任何變化，但是系統(tǒng)的界吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，外界雖然沒(méi)有任何任何變化，但是系統(tǒng)的體積發(fā)生改變了。體積發(fā)生改變了。2021/8/2133.系統(tǒng)在某過(guò)程中從熱源吸熱系統(tǒng)在某過(guò)程中從熱源吸熱20kJ，對(duì)外作功，對(duì)

13、外作功25kJ，請(qǐng)問(wèn)能否通過(guò)可請(qǐng)問(wèn)能否通過(guò)可逆絕熱過(guò)程使系統(tǒng)回到初態(tài)？為什么？能否通過(guò)不可逆絕熱過(guò)程使系逆絕熱過(guò)程使系統(tǒng)回到初態(tài)？為什么？能否通過(guò)不可逆絕熱過(guò)程使系統(tǒng)回到初態(tài)？統(tǒng)回到初態(tài)？ 答：答：否！否！系統(tǒng)吸熱熵增加。系統(tǒng)吸熱熵增加。要使系統(tǒng)回到初態(tài)，新的過(guò)程必須使系要使系統(tǒng)回到初態(tài)，新的過(guò)程必須使系統(tǒng)熵減少。而可逆絕熱過(guò)程熵不變，不可逆絕熱過(guò)程熵增加，因而不可統(tǒng)熵減少。而可逆絕熱過(guò)程熵不變，不可逆絕熱過(guò)程熵增加，因而不可能通過(guò)一個(gè)可逆絕熱過(guò)程或者一個(gè)不可逆絕熱過(guò)程使系統(tǒng)回到初態(tài)。能通過(guò)一個(gè)可逆絕熱過(guò)程或者一個(gè)不可逆絕熱過(guò)程使系統(tǒng)回到初態(tài)。4 4. 既然能量是守恒的，那還有什么能量損失呢？

14、既然能量是守恒的，那還有什么能量損失呢？ 答：答：熱力學(xué)第一定律表明能量在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，熱力學(xué)第一定律表明能量在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能量數(shù)量是能量數(shù)量是守恒不變的。守恒不變的。但是由于在能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換的實(shí)際過(guò)程中不可避免地但是由于在能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換的實(shí)際過(guò)程中不可避免地存在各種不可逆因素，如相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體之間的摩擦以及傳熱過(guò)程存在各種不可逆因素，如相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體之間的摩擦以及傳熱過(guò)程中的溫差，等等，這些不可逆因素總會(huì)造成能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換后能量中的溫差，等等，這些不可逆因素總會(huì)造成能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換后能量品位的降低和做功能力的減少，而這種降低或減少不是能量數(shù)量上品位的降低和做功能力的減少，而這種降低或

15、減少不是能量數(shù)量上的而是能量質(zhì)量上的，即由可用能變成廢熱的不可逆損失，這就是的而是能量質(zhì)量上的，即由可用能變成廢熱的不可逆損失，這就是熱力學(xué)第二定律所揭示的另外一種意義上的能量損失。熱力學(xué)第二定律所揭示的另外一種意義上的能量損失。2021/8/214二、計(jì)算分析題二、計(jì)算分析題2021/8/2151 1、 定量工質(zhì)，經(jīng)歷了一個(gè)由四個(gè)過(guò)程組成的循環(huán)，試填定量工質(zhì)，經(jīng)歷了一個(gè)由四個(gè)過(guò)程組成的循環(huán)，試填充下表中所缺的數(shù)據(jù)。充下表中所缺的數(shù)據(jù)。過(guò)程過(guò)程Q/kJW/kJU/kJ1-2013902-303953-40-10004-10解：求解依據(jù)：對(duì)于過(guò)程：WUQD對(duì)于循環(huán)：WQU0d過(guò)程過(guò)程Q /kJW

16、 /kJD DU /kJ1-213902-3-3953-4-10004-1-552021/8/216 2.如圖某循環(huán)在如圖某循環(huán)在700K的熱源及的熱源及400K的冷源之間工作。的冷源之間工作。試判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆試判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?net121net2 10000kJ4000kJ14000kJWQQQWQ解：2021/8/217方法1：卡諾定理卡諾定理C400K110.4286700KLhTT Ct不可能設(shè)為制冷循環(huán)設(shè)為制冷循環(huán)0400K1.33700K400KLCLTTTC 可可能能但但不不可可逆逆net110000kJ0.7126

17、14000kJtWQ2net4000kJ0.410000kJQwtC設(shè)為熱機(jī)循環(huán)設(shè)為熱機(jī)循環(huán)C114000kJQ 2021/8/218不可能發(fā)生。不可能發(fā)生。設(shè)為制冷循環(huán)：設(shè)為制冷循環(huán)：符合克勞修斯不等式，循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)。符合克勞修斯不等式，循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)。方法2：工質(zhì)的熱力循環(huán)工質(zhì)的熱力循環(huán)14000kJ4000kJ10kJ/K0700K400K12121212QQQQQTTTTT 121214000kJ4000kJ10kJ/K 0700K400KQQQTTT 設(shè)為熱機(jī)循環(huán)：設(shè)為熱機(jī)循環(huán)：0QT 不可逆的制冷循環(huán)。不可逆的制冷循環(huán)。114000kJQ 違背克勞修斯不等式，循環(huán)不能實(shí)現(xiàn)。違背克勞修

18、斯不等式，循環(huán)不能實(shí)現(xiàn)。2021/8/219isoHRmLRSSSSD DDD方法3: 孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)熵增原理 0isoSD設(shè)為熱機(jī)循環(huán)。將熱源、熱機(jī)、冷源劃為孤立系統(tǒng)。設(shè)為熱機(jī)循環(huán)。將熱源、熱機(jī)、冷源劃為孤立系統(tǒng)。111400020700HHRHQQSTTD 22400010400LLRLQQSTTD 高溫?zé)嵩捶艧岣邷責(zé)嵩捶艧岬蜏責(zé)嵩次鼰岬蜏責(zé)嵩次鼰?14000kJQ 工質(zhì)在熱機(jī)中循環(huán)工質(zhì)在熱機(jī)中循環(huán)0mSD100isoSD 違背孤立系統(tǒng)熵增原理，違背孤立系統(tǒng)熵增原理，熱機(jī)循環(huán)不能實(shí)現(xiàn)。熱機(jī)循環(huán)不能實(shí)現(xiàn)。設(shè)為制冷循環(huán)。熱源熱量的正負(fù)號(hào)與熱機(jī)相反，仍取孤立系統(tǒng)。設(shè)為制冷循環(huán)。熱源熱量的正負(fù)號(hào)與熱機(jī)相反，仍取孤立系統(tǒng)。20 10100isoHRLRSSSD D D 符合孤立系統(tǒng)熵增原理，符合孤立系統(tǒng)熵增原理，制冷循環(huán)能實(shí)現(xiàn)但不