工程熱力學(xué)課后答案

1、工程熱力學(xué)沈維道主編第四版課后思想題答案（15章）第1章基本概念1 .閉口系與外界無物質(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”指的是過程中與外界無熱量交換的系統(tǒng)。熱量是指過程中系統(tǒng)與外界間以熱的方式交換的能量，是過程量，過程一旦結(jié)束就無所謂“熱量”。物質(zhì)并不“擁有”熱量。一個(gè)系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對(duì)物質(zhì)流開放無關(guān)。

2、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有改變，試問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P=PbPe（pPb）；p=Pb-Pv（P；Pb）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量所造成的，它隨著各地的緯度、高

3、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?！爱?dāng)?shù)卮髿鈮骸辈⒎蔷褪黔h(huán)境大氣壓。準(zhǔn)確地說，計(jì)算式中的Pb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)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。由于經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)選用不同測(cè)溫物質(zhì)

4、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。例如，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)說來，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)。這種情況下，無需外界給予系統(tǒng)任何作用，系統(tǒng)也會(huì)因鐵塊

5、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？miMwin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，氣體與外界間無任何力的作用，氣體（系統(tǒng)）不對(duì)外界作功;b情況下系統(tǒng)也與外界無力

6、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）的過程，是典型的不可逆過程。過程中氣體不可能處于平衡狀態(tài)，因此該過程不能在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)為過程中氣體始終處在一種無限接近平衡的狀態(tài)中，即氣體經(jīng)歷的是一種準(zhǔn)靜過程，這種過程可以在P-v圖上用實(shí)線表示出來。9 .經(jīng)歷一個(gè)不可逆過程后，系統(tǒng)能否恢復(fù)原來狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個(gè)系統(tǒng)能否恢復(fù)原來狀態(tài)？答：所謂過程不可逆，是指一并完成該過程的逆過程后，系統(tǒng)和它的外界不可能同時(shí)恢復(fù)到他們的原來狀態(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)

7、經(jīng)歷正、逆過程后恢復(fù)到了原態(tài)也并不就意味著過程是可逆的；過程是否可逆，還得看與之發(fā)生過相互作用的所有外界是否也全都回復(fù)到了原來的狀態(tài)，沒有遺留下任何變化。原則上說來經(jīng)歷一個(gè)不可逆過程后系統(tǒng)是可能恢復(fù)到原來狀態(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)完成可逆過程（包括循環(huán)）后接著又完成其逆向過程時(shí)，與之發(fā)生相互作用的外界也應(yīng)一一回復(fù)到

8、原來的狀態(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)到原來狀態(tài)，但在外界一定會(huì)遺留下某種永遠(yuǎn)無法復(fù)原的變化。（注意：系統(tǒng)完成任何一個(gè)循環(huán)后都恢復(fù)到原來的狀態(tài)，但并沒有完成其“逆過程”，因此不存在其外界是否“也恢復(fù)到原來狀態(tài)”的問題。一般說來，系統(tǒng)進(jìn)行任何一種循環(huán)后都必然會(huì)在外界產(chǎn)生某種效應(yīng)，如熱變功，制冷等，從而使外界有了變化。）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)過程，從總的結(jié)果看來活塞并未改變其位置，實(shí)際上不存在排斥大氣的作用。第2章熱

9、力學(xué)第一定律1 .剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如圖2-11所示B中,自由膜聯(lián)若將隔板抽去，分析容器中空氣的熱力學(xué)能如何變化？若隔板上有一小孔，氣體泄漏人分析A、B兩部分壓力相同時(shí)AB兩部分氣體的比熱力學(xué)能如何變化?答：定義容器內(nèi)的氣體為系統(tǒng)，這是一個(gè)控制質(zhì)量。由于氣體向真空作無阻自由膨脹，不對(duì)外界作功，過程功W=0;容器又是絕熱的，過程的熱量Q=0,因此，根據(jù)熱力學(xué)第一定律Q=4U+W應(yīng)有U=0,即容器中氣體的總熱力學(xué)能不變，膨脹后當(dāng)氣體重新回復(fù)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，其比熱力學(xué)能亦與原來一樣，沒有變化；若為理想氣體，則其溫度不變。當(dāng)隔板上有一小孔，氣體從A泄

10、漏人B中，若隔板為良好導(dǎo)熱體，A、B兩部分氣體時(shí)刻應(yīng)有相同的溫度，當(dāng)A、B兩部分氣體壓力相同時(shí)，A、B兩部分氣體處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，情況像上述作自由膨脹時(shí)一樣，兩部分氣體將有相同的比熱力學(xué)能，按其容積比分配氣體的總熱力學(xué)能；若隔板為絕熱體，則過程為A對(duì)B的充氣過程，由于A部分氣體需對(duì)進(jìn)入B的那一部分氣體作推進(jìn)功，充氣的結(jié)果其比熱力學(xué)能將比原來減少，B部分氣體的比熱力學(xué)能則會(huì)比原來升高，最終兩部分氣體的壓力會(huì)達(dá)到平衡，但A部分氣體的溫度將比B部分的低（見習(xí)題4-22）。2 .熱力學(xué)第一定律的能量方程式是否可寫成q二uPvq2-qi=32-Ui）（W2一四）的形式，為什么？答：熱力學(xué)第一定律的基本

11、表達(dá)式是：過程熱量=工質(zhì)的熱力學(xué)能變化+過程功第一個(gè)公式中的Pv并非過程功的正確表達(dá)，因此該式是不成立的；熱量和功過程功都是過程的函數(shù)，并非狀態(tài)的函數(shù)，對(duì)應(yīng)于狀態(tài)1和2并不存在什么qi、q2和w1、w2;對(duì)于過程1-2并不存在過程熱量q=q2-qi和過程功w=w2W1,因此第二個(gè)公式也是不成立的q磬力.U第瑞t律解析式有時(shí)寫成下列兩種形式：2q=Au+1Pdv分別討論上述兩式的適用范圍答：第一個(gè)公式為熱力學(xué)第一定律的最普遍表達(dá)，原則上適用于不作宏觀運(yùn)動(dòng)的一切系統(tǒng)的所有過程；第二個(gè)表達(dá)式中由于將過程功表達(dá)成:Pdv這只是對(duì)簡(jiǎn)單可壓縮物質(zhì)的可逆過程才正確，因此該公式僅適用于簡(jiǎn)單可壓縮物質(zhì)的可逆過程

12、。4.為什么推動(dòng)功出現(xiàn)在開口系能量方程式中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中？答：當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，上游流體為了在下游占有一個(gè)位置，必須將相應(yīng)的下游流體推擠開去，當(dāng)有流體流進(jìn)或流出系統(tǒng)時(shí),上、下游流體間的這種推擠關(guān)系，就會(huì)在系統(tǒng)與外界之間形成一種特有的推動(dòng)功（推進(jìn)功或推出功）相互作用。反之，閉口系統(tǒng)由于不存在流體的宏觀流動(dòng)現(xiàn)象，不存在上游流體推擠下游流體的作用，也就沒有系統(tǒng)與外間的推動(dòng)功作用，所以在閉口系統(tǒng)的能量方程式中不會(huì)出現(xiàn)推動(dòng)功項(xiàng)。5.穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式（2-16）是否可應(yīng)用于活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)械的穩(wěn)定工況運(yùn)行的能量分析？為什么？答：可以。就活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)械的一個(gè)工作周期而言，其工作過程雖是

13、不連續(xù)的，但就一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間而言（機(jī)器的每一工作周期所占的時(shí)間相對(duì)很短），機(jī)器是在不斷地進(jìn)氣和排氣，因此，對(duì)于這種機(jī)器的穩(wěn)定工作情況，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的能量方程是適用的。&Q=dU+6W6.開口系實(shí)施穩(wěn)定流動(dòng)過程，是否同時(shí)滿足下列三式、Q=dH、Wtm2Q=dHydcfmgdz»oWi上述三式中W、Wt和Wi的相互關(guān)系是什么？答：是的，同時(shí)滿足該三個(gè)公式。第一個(gè)公式中dU指的是流體流過系統(tǒng)時(shí)的熱力學(xué)能變化，6W是流體流過系統(tǒng)的過程中對(duì)外所作的過程功；第二個(gè)公式中的5Wt指的是系統(tǒng)的技術(shù)功；第三個(gè)公式中的5Wi指的是流體流過系統(tǒng)時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)機(jī)器所作的內(nèi)部功。對(duì)通常的熱工裝置說來，所

14、謂“內(nèi)部功”與機(jī)器軸功的區(qū)別在于前者不考慮機(jī)器的各種機(jī)械摩擦，當(dāng)為可逆機(jī)器設(shè)備時(shí)，兩者是相等的。從根本上說來，技術(shù)功、內(nèi)部功均來源于過程功。過程功是技術(shù)功與流動(dòng)功（推出功與推進(jìn)功之差）的總和；而內(nèi)部功則是從技術(shù)功中扣除了流體流動(dòng)動(dòng)能和重力位能的增量之后所剩余的部分。7.幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖2-12所示。工程上幾臺(tái)壓氣機(jī)同時(shí)向主氣道送氣，以及混合式換熱器等都有合流的問題。通常合流過程都是絕熱的。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)出出口截面上焰值h3的計(jì)算式。答：認(rèn)為合流過程是絕熱的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程,系統(tǒng)不作軸功，并忽略流體的宏觀動(dòng)能和重力位nQ =

15、 (h c ，gz)md . i ±2out ,im1(h -c2 - gz)m Wshaft , ii H2in ,i圖2-12臺(tái)澗能。對(duì)所定義的系統(tǒng)，由式（2-28）應(yīng)有能量平衡第3章理想氣體的性質(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？答：理想氣體并非實(shí)際存在的氣體。它只是通常氣體的一種抽象物，當(dāng)實(shí)際氣體壓力趨于零，比體積趨于無限大時(shí)才表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)。相對(duì)通常的壓力和溫度而言，當(dāng)實(shí)際氣體的溫度較高，壓力較低，而計(jì)算精度要求又不是太高時(shí)，可以采用理想氣體的一些公式對(duì)之進(jìn)行計(jì)算。2 .氣體的摩爾體積Vm是否因氣體的種類而異？

16、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0.022414m3mol?答：同溫同壓下，任何1摩爾氣體都具有相同的容積。但是，若氣體的狀態(tài)不同，其摩爾體積并不相同，只在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的千摩爾體積才等于22.4m3kmol。3 .摩爾氣體常數(shù)R的值是否隨氣體的種類不同或狀態(tài)不同而異？答：摩爾氣體常數(shù)R的值恒等于8.3143kJ/(kmol'K),不因氣體的種類不同或狀態(tài)不同而異。4 .如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為Pv=RgT那么這種工質(zhì)比熱容、熱力學(xué)能、焰都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？答：理想氣體的X態(tài)方程式為Pv=RgT服從這一方程的氣體均屬理想氣體。按照理想氣體模型，其熱力學(xué)能

17、、焰都僅僅是溫度的函數(shù)。理想氣體的比熱容與過程的性質(zhì)有關(guān)，也與溫度有關(guān)，對(duì)于一定的過程而言，理想氣體的比熱容僅是溫度的函數(shù)。5 .對(duì)于一種確定白理想氣體，(cp-cv尾否等于定值？cp/cv是否為定值？在不同溫度下(cp-cv卜cp/cv是否總是同一定值？答：根據(jù)邁耶公式，cp-cv=Rg對(duì)于一種確定的理想氣體Rg是一常數(shù)，不因溫度變化而改變。熱容比cp/cv則不同，它與氣體的種類有關(guān)，而且，對(duì)于一種確定的理想氣體它還與氣體的溫度有關(guān)，隨溫升高而降低。6 .邁耶公式cp-cv=R混否適用于理想氣體混合物？是否適用于實(shí)際氣體？答：邁耶公式cp-cv=R獨(dú)適用于理想氣體混合物，這時(shí)式中的cp、cv

18、應(yīng)是混合氣體的定壓比熱容和定容比熱容，對(duì)于質(zhì)量比熱容，應(yīng)有cp=Ewicp,i,cv=Ewicv,i；Rg是混合氣體的折算氣體常數(shù)，Rg=EwiRg,io以上wi為混合氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。邁耶公式根據(jù)理想氣體的熱力學(xué)能和焰為溫度的單值函數(shù)這一性質(zhì)導(dǎo)出，不適用于實(shí)際氣體。7 .試論證熱力學(xué)能和焰是狀態(tài)參數(shù)。理想氣體熱力學(xué)能和焰有何特點(diǎn)？答：所謂熱力學(xué)能是指因物質(zhì)內(nèi)部分子作熱運(yùn)動(dòng)的所具有的內(nèi)動(dòng)能，分子間存在相互作用力而相應(yīng)具有的內(nèi)位能、維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能、原子核內(nèi)部的原子能，以及電磁場(chǎng)作用下的電磁能等。在無化學(xué)反應(yīng)、原子核反應(yīng)的情況下，物質(zhì)的化學(xué)能和原子核能無變化，可不予考慮，物質(zhì)的熱力學(xué)能變化

19、僅包含內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)位能的變化。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論和量子理論，普遍說來分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的內(nèi)動(dòng)能是溫度的函數(shù)，而內(nèi)位能則是溫度和比體積的函數(shù)，即物質(zhì)的熱力學(xué)能是物質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，工質(zhì)從狀態(tài)1經(jīng)某種熱力過程變化到狀態(tài)2時(shí)，有能量平衡關(guān)系dQ=dU+dW (mh)(m h) =0從另一萬面說來，當(dāng)'),5().noutm nm1 h1- m2h2 =m3h3mh - m 2h12h3 =如此，對(duì)于如圖所示m3工質(zhì)經(jīng)歷熱力循環(huán)時(shí)，應(yīng)有循環(huán)的凈熱量等于循環(huán)的凈功：dQ 力d#(dQ-dW) = 0的1a2c1和1b2c1兩個(gè)熱/型房二或看一ia2(dQ-dW)2cl(dQdW)=0及i

20、a2(dQ-dW)2cl(dQ-dW)=0對(duì)比兩式，可見12(dQ_dW)="(dQ_dW)由熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式，根據(jù)式及有dU=0及1a2dU=mdU這表明積分函數(shù)dU的求積結(jié)果與路徑無關(guān)，即dU是某個(gè)狀態(tài)參數(shù)的全微分，可見熱力學(xué)能U為狀態(tài)參數(shù)。8 .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=fu(P,v)但又曾得出結(jié)論，理想氣體的熱力學(xué)能、焰只取決于溫度，這兩點(diǎn)是否矛盾？為什么？答：不矛盾。根據(jù)理想氣體模型，理想氣體的分子只有內(nèi)動(dòng)能，不存在內(nèi)位能，其熱力學(xué)能僅包含內(nèi)動(dòng)能，因此其熱力學(xué)能u只是溫度的函數(shù)。焰參數(shù)h的定義為h=u+Pv,由于理想氣體遵循狀態(tài)方程Pv

21、=RgT可見理想氣體的焰參數(shù)也僅為溫度的函數(shù)。另一方面，從狀態(tài)方程看理想氣體的溫度T應(yīng)是其壓力P和比體積v的函數(shù)，因而熱力學(xué)能u和焰參數(shù)h也可以表達(dá)為壓力P和比體積v的函數(shù)。一個(gè)狀態(tài)參數(shù)是另一個(gè)狀態(tài)參數(shù)的單值函數(shù)，這說明兩者間具有一種特殊的同一關(guān)系，相互間不是獨(dú)立的。實(shí)際上氣體的狀態(tài)是不可能由這兩者來共同確定的，要確定氣體的狀態(tài)必須給出兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，這是普遍的關(guān)系。9 .為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、焰、基為零的基準(zhǔn)可以任選？理想氣體的熱力學(xué)能或焰的參照狀態(tài)通常選定哪個(gè)或哪些個(gè)狀態(tài)參數(shù)值？對(duì)理想氣體的嫡又如何？答：由于熱工計(jì)算中通常只是需要知道工質(zhì)的熱力學(xué)能、焰或嫡的變化值，因此無需追究他們的絕對(duì)值，

22、只要選定參照狀態(tài)作為基準(zhǔn)，為之確定相對(duì)值就可以了。理想氣體通常取熱力學(xué)溫度為零(0K),或攝氏溫度為零時(shí)(0C)的狀態(tài)作為基準(zhǔn)狀態(tài)，令此時(shí)的熱力學(xué)能和焰參數(shù)為零，以確定其它狀態(tài)下的相對(duì)值；氣體的嫡參數(shù)通常取0K,0.1013MPa為參照狀態(tài)，令氣體在該狀態(tài)下的嫡參數(shù)相對(duì)值為零。10.氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及so的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)？答：這時(shí)的基準(zhǔn)狀態(tài)是熱力學(xué)溫度為零(0K>11.在圖3-8所示T-s圖上任意可逆過程1-2的熱量如何表示？理想氣體在1和2狀態(tài)間的熱力學(xué)能變化量、焰變化量如何表示？若1-2經(jīng)過的是不可逆過程又如何？答：對(duì)于可逆過程1-2,過程熱量可用過程曲線與橫軸s之間所夾的面

23、積來表示；由于理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)，溫度相同時(shí)其熱力學(xué)能相同，圖附一中點(diǎn)3與點(diǎn)2溫度相同，因此其熱力學(xué)能相同。又因可逆定容過程的熱量等于熱力學(xué)能增量，因此圖中所示定容線1-3下面帶陰影線部分的面積代表理想氣體過程12的熱力學(xué)能變化。作圖方法：過點(diǎn)1作定容過程線；過點(diǎn)2作定溫線與定容線交于點(diǎn)3。定容過程13的過程線與橫軸s間所夾的面積即為過程12的熱力學(xué)能變化。由于理想氣體的焰是溫度的單值函數(shù)，溫度相同時(shí)其焰相同，圖附二中點(diǎn)逆定壓過程的熱量等于焰增量，因此圖中所示定壓線1-3下面帶陰影線部分的面積代表理想氣體過程12的焰變化。作圖方法：過點(diǎn)1作定壓過程線；過點(diǎn)2作定溫線與定壓線交于

24、點(diǎn)3。定壓過程13的過程線與橫軸s間所夾的面積即為過程12的焰變化。若1-2過程為不可逆過最蟲黑豳不能以過程曲線下面的面積來表示角則上在cT-srfS示不出來。不過由于熱力學(xué)能和焰為狀態(tài)參數(shù)，1、2之品熱力學(xué)能和焰的變化量不因過程12的性質(zhì)而改變，因此熱力學(xué)能和焰的變化表示方法仍如前述。12 .理想氣體嫡變計(jì)算式（3-34a）、（3-35a卜（3-36a卜（3-37a）等是由可逆過程導(dǎo)出的，這些計(jì)算式是否可用于不可逆過程初、終態(tài)的嫡變計(jì)算？為什么？答：可以。嫡是狀態(tài)參數(shù)，只要初、終狀態(tài)相同，不論經(jīng)歷何種過程工質(zhì)的嫡變應(yīng)相同，因此以上4式對(duì)理想氣體的任何過程都適用。13 .嫡的數(shù)學(xué)定義式為，比熱

25、容的定義式為，故有。由此認(rèn)為：理想氣體的比熱容是溫度的單值的函數(shù)，所以理想氣體的嫡也是溫度的單值函數(shù)。試問這一結(jié)論是否正確？若不正確，錯(cuò)在何處？答：此結(jié)論不正確。理想氣體的比熱容是與過程性質(zhì)有關(guān)的一個(gè)物理量，對(duì)于不同性質(zhì)的過程氣體有不同的比熱容，如定壓比熱容、定容比熱容等，因此，正確地應(yīng)該說一定的過程中理想氣體的比熱容是溫度的單值的函數(shù)。可見簡(jiǎn)單地根據(jù)比熱容的定義推斷出氣體的比熱容只是溫度的單值函數(shù)，從而嫡參數(shù)也只是溫度的函數(shù)是不對(duì)的。14 .試判斷下列各說法是否正確：氣體吸熱后嫡一定增大；氣體吸熱后溫度一定升高；氣體吸熱后熱力學(xué)能一定升高；氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功；氣體壓縮時(shí)一定耗功。答：說法

26、正確。由系統(tǒng)（CM）的爛足用S=Sf+Sg根據(jù)嫡產(chǎn)原理，過程的嫡產(chǎn)Sg永遠(yuǎn)為正值。而系統(tǒng)吸熱時(shí)其熱嫡流Sf亦為正值，故氣體吸熱后嫡一定增大。說法不正確。氣體的熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù)，氣體溫度升高時(shí)其熱力學(xué)能一定增大。由熱力學(xué)第一定律Q=U+W,即AU=Q-WAU值為正或?yàn)樨?fù)要由Q和W共同決定，系統(tǒng)吸熱時(shí)Q雖為正值，但若系統(tǒng)對(duì)外界所的作功（正值）大于吸熱量時(shí)，其熱力學(xué)能的變化U值將有可能成為負(fù)值，這時(shí)氣體的溫度將降低說法不正確。理由同。說法不正確?？赡孢^程中氣體的過程功為?W=PdV,式中氣體的壓力為正值，氣體膨脹時(shí)dV亦為正值，故？W一定等于正值一一氣體對(duì)外作功。但過程若不可逆，譬如氣體向真空

27、作自由膨脹時(shí)因無需克服外力，其過程功當(dāng)為零。說法正確。氣體本身有壓力，令氣體壓縮，體積變小，外界必須克服氣體的壓力移動(dòng)其邊界，因而無論過程可逆與否都要外界對(duì)氣體作功。15 .道爾頓分壓定律和亞美格分體積定律是否適用于實(shí)際氣體混合物？答：不適用。所說的兩個(gè)定律都是根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程導(dǎo)出的，應(yīng)而不適用于實(shí)際氣體混合物。16 .混合氣體中如果已知兩種組分A和B的摩爾分?jǐn)?shù)xA>xR能否斷定質(zhì)量分?jǐn)?shù)也是wA>wB?答：不能。由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)（份額）與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系為MeqRgix=Wi=WiMiRgeq可見兩種組分的質(zhì)量成分之比除與摩爾成分有關(guān)外，還與它們的摩爾質(zhì)量（或氣體常數(shù)）的大小有關(guān)。第

28、4章理想氣體的熱力過程1 .分析氣體的熱力過程要解決哪些問題？用什么方法解決？試以理想氣體的定溫過程為例說明之。答：分析氣體的熱力過程要解決的問題是：揭示過程中氣體的狀態(tài)（參數(shù)）變化規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換的情況，進(jìn)而找出影響這種轉(zhuǎn)換的主要因素。分析氣體熱力過程的具體方法是：將氣體視同理想氣體；將具體過程視為可逆過程，并突出具體過程的主要特征，理想化為某種簡(jiǎn)單過程；利用熱力學(xué)基本原理、狀態(tài)方程、過程方程，以及熱力學(xué)狀態(tài)坐標(biāo)圖進(jìn)行分析和表示。對(duì)于理想氣體的定溫過程,（從略）2 .對(duì)于理想氣體的任何一種過程，下列兩組公式是否都適用:答：因?yàn)槔硐霘怏w的熱力學(xué)能和焰為溫度的單值函數(shù)，只要溫度變化相同，不論經(jīng)歷任

29、何但陋?dú)v等能和焰的變化都會(huì)相同，因此，所給第一組公式對(duì)理想氣體的任何過程都是適用的；但是第二組公式是分別由熱力學(xué)第一定律的第一和第二表達(dá)式在可逆定容和定壓條件下導(dǎo)出，因而僅分別適用于可逆的定容或定壓過程。就該組中的兩個(gè)公式的前一段而言適用于任何工質(zhì)，但對(duì)兩公式后一段所表達(dá)的關(guān)系而言則僅適用于理想氣體。3 .在定容過程和定壓過程中，氣體的熱量可根據(jù)過程中氣體的比熱容乘以溫差來計(jì)算。定溫過程氣體的溫度不變，在定溫膨脹過程中是否需對(duì)氣體加入熱量？如果加入的話應(yīng)如何計(jì)算？答：在氣體定溫膨脹過程中實(shí)際上是需要加入熱量的。定溫過程中氣體的比熱容應(yīng)為無限大，應(yīng)而不能以比熱容和溫度變化的乘積來求解，最基本的求

30、解關(guān)系應(yīng)是熱力學(xué)第一定律的基本表達(dá)式：q=Au+wo4 .過程熱量q和過程功都是過程量，都和過程的途徑有關(guān)。由定溫過程熱量公式可見，只要狀態(tài)參數(shù)P1v1和v2確定了，q的數(shù)值也確定了，是否q與途徑無關(guān)？答：否。所說的定溫過程熱量計(jì)算公式利用理想氣體狀態(tài)方程、氣體可逆過程的過程功dw=pdv,以及過程的定溫條件獲得，因此僅適用于理想氣體的定溫過程。式中的狀態(tài)1和狀態(tài)2,都是指定溫路徑上的狀態(tài)，并非任意狀態(tài)，這本身就確定無疑地說明熱量是過程量，而非與過程路徑無關(guān)的狀態(tài)量。5 .在閉口熱力系的定容過程中，外界對(duì)系統(tǒng)施以攪拌功Sw,問這時(shí)8Q=mcvdT是否成立？答：不成立。只是在內(nèi)部可逆的單純加熱過

31、程中（即無不可逆模式功存在時(shí)）才可以通過熱容與溫度變化的乘積來計(jì)算熱量，或者原則地講，只是在在可逆過程中（不存在以非可逆功模式做功的時(shí)候）才可以通過上述熱量計(jì)算公式計(jì)算熱量。對(duì)工質(zhì)施以攪拌功時(shí)是典型的不可逆過程。6 .試說明絕熱過程的過程功w和技術(shù)功wt的計(jì)算式w=u1-u2;wt=h1_h2是否只限于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過程？為什么?答：以上兩式僅根據(jù)絕熱條件即可由熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式q=Zu+w及第二表達(dá)式q=Zh+wt導(dǎo)出，與何種工質(zhì)無關(guān)，與過程是否可逆無pvn關(guān)。7 .試判斷下列各種說法是否正確：,（1）定容過程即無膨脹（或壓縮）功的過程；（2）絕熱過程即定嫡過程；（3）

32、多變過程即任意過程。11答：膨脹功（壓縮功）都是容積（變化）功，定容過程是一種系統(tǒng)比體積不變，對(duì)控制質(zhì)L量或C?說系統(tǒng)容積不變的過程，因此說定容過程即無膨脹（或壓縮）功的過程是正確的；not;絕熱過程指的是系統(tǒng)不與外界交換熱量的過程。系統(tǒng)在過程中不與外界交換熱量，這僅表明過程中系統(tǒng)與外界間無伴隨熱流的嫡流存在，但若為不可逆過程，由于過程中存在嫡產(chǎn)，則系統(tǒng)經(jīng)歷該過程后會(huì)因有嫡的產(chǎn)生而發(fā)生嫡的額外增加，實(shí)際上只是可逆的絕熱過程才是定嫡過程，而不可逆的絕熱過程則為嫡增大的過程，故此說法不正確；并不包括1-4、 2-3多邊過程是指遵循方程=常數(shù)（n為某一確定的實(shí)數(shù)）的那一類熱力過程，這種變化規(guī)律雖較具

33、普遍性，但一切過程，因此說多8.參照?qǐng)D4-15,試證為定壓過程。JAu=Cv(t2-t1)變過程即任意過程是不正確的。Jh=Cp(t2-t1)fq=Au=Cv(t2)明：q1-2-3jq1-4-3。圖中1-2、4-3為定容過程,q=；：h=cp(t2-11)答由于w1-2_3=w1_2w2_3;w1_4,-3=w1_4w4-3其中w1-2、w4-3為定容過程功，等于零；w2-3、w1-4為定壓過程功，等于vP_rP2Pl；V2工-.：Vi工故R 4 - 16里.中用圖（另一方面，P-V圖上過程曲線與橫軸V之間所夾的面積代表過程功，顯見w1-2 = w4-3 = 0;w2-3 > w4-3

34、,即w|2工W1_4_311w1-2-3>w1-4-3）。根據(jù)熱力學(xué)第一定律：q=Z1u+w對(duì)熱力學(xué)X天態(tài)參數(shù)u,應(yīng)有:u1二二=:u一二=；：u-9 .如圖4-16所示，今有兩個(gè)任意過程a-b及a-c,其中b、c在同一條絕熱線上。試問Uab與Uac哪個(gè)大？若b、c在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？答：由于b、c在同一條絕熱線上，過程b-c為絕熱膨脹過程，由熱力學(xué)第一定律，有W）c=一ubc一見過程中系統(tǒng)對(duì)外作膨脹功，Wbc>0,故有Ub>Uc因此，應(yīng)有:UabJiUac若b、c在同一條定溫線上，根據(jù)理想氣體的熱力性質(zhì)，則有ub=uc；-uab=uac10 .在T-s圖上如何表示

35、絕熱過程的技術(shù)功Wt和膨脹功W?答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，絕熱過程的技術(shù)功wt和過程功w分別應(yīng)等于過程的焰增量和熱力學(xué)能增量的負(fù)值，因此，在T-s圖上絕熱過程技術(shù)功wt和膨脹功w的表示，實(shí)際上就是過程的焰增量和熱力學(xué)能增量的表示。具體方法為：（見第3章思考題11）11 .在P-v圖和T-s圖上如何判斷過程中q、w、Au、Ah的正負(fù)？答：當(dāng)過程曲線分別指向絕熱線、定容線、定溫線的右側(cè)時(shí)q、w、Au、Ah值為正；反之為負(fù)。第5章熱力學(xué)第二定律1 .熱力學(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。”這種說法有什么不妥當(dāng)？答：熱力學(xué)第二定律的正確表述應(yīng)是：熱不可能全部變?yōu)?/p>

36、功而不產(chǎn)生其它影響。所給說法中略去了“其它影響”的條件,因而是不妥當(dāng)、不正確的。2 .自發(fā)過程是不可逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程，這一說法是否正確？答：此說法不正確。自發(fā)過程具有方向性，因而必定是不可逆的；非自發(fā)過程是在一定補(bǔ)充條件下發(fā)生和進(jìn)行的過程，雖然從理論上說來也許可以做到可逆，但事實(shí)上實(shí)際過程都不可逆，因?yàn)椴豢赡嬉蛩乜偸潜苊獠涣说摹? .請(qǐng)給“不可逆過程”一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x。熱力過程中有哪幾種不可逆因素？答：所謂不可逆過程是指那種系統(tǒng)完成逆向變化回復(fù)到原先狀態(tài)后，與其發(fā)生過相互作用的外界不能一一回復(fù)到原來狀態(tài)，結(jié)果在外界遺留下了某種變化的過程。簡(jiǎn)單地講，不可逆過程就是那種客觀上會(huì)造成某種不可恢復(fù)的變化的過程。典型的不可逆因素有：機(jī)械摩擦、有限溫差下的傳熱、電阻、自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散、混合、物質(zhì)從一相溶入另一相的過程等。4 .試證明熱力學(xué)第二定律各種說法的等效性：若克勞修斯說法不成立，則開爾文說法也不成立。證：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從高溫物體傳至低溫物體開爾文表述則為：不可能從單一熱源取熱使之全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響。按照開爾文說法，遵循熱力學(xué)第二定律的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)其原則性