工程熱力學第四版課后思考題

1．閉口系與外界無物質(zhì)互換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定，那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系必然是閉口系統(tǒng)嗎？不用然，牢固流動系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也保持恒定。2．有人認為張口系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)與外界有物質(zhì)互換，而物質(zhì)又與能量不能切割，所以張口系統(tǒng)不能能是絕熱系。對不對，為什么？不對，絕熱系的絕熱是指熱能獨自經(jīng)過系統(tǒng)界線進行傳達（傳熱量），隨物質(zhì)出入的熱能（正確地說是熱力學能）不在其中。3．平衡狀態(tài)與牢固狀態(tài)有何差別和聯(lián)系？平衡狀態(tài)必然是牢固狀態(tài)，牢固狀態(tài)則不用然是平衡狀態(tài)。4．若是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)會改變嗎？絕對壓力計算公式p=pb+pg(p>pb),p=pb-pv(p<pb)中，當?shù)卮髿鈮嚎煞癖厝皇黔h(huán)境大氣pb壓？當?shù)卮髿鈮篵改變，壓力表讀數(shù)pg2就會改變。當?shù)卮髿鈮簆pg1pb不用然是環(huán)境大氣壓。p2=pg2+p15．溫度計測溫的基根源理是什么？6．經(jīng)驗溫標的缺點是什么？為什么？不同樣測溫物質(zhì)的測溫結(jié)果有較大p=p+p的誤差，由于測溫結(jié)果1g1b依靠于測溫物質(zhì)的性質(zhì)。7．促進系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？4題圖舉例說明。有勢差（溫度差、壓力差、濃度差、電位差等等）存在。8．分別以圖1-20所示的參加公路自行車賽的運動員、運著手槍中的壓縮空氣、杯子里的熱水和正在運行的電視機為研究對象，說明這些是什么系統(tǒng)。參加公路自行車賽的運動員是張口系統(tǒng)、運著手槍中的壓縮空氣是閉口絕熱系統(tǒng)、杯子里的熱水是張口系統(tǒng)（閉口系統(tǒng)——忽略蒸發(fā)時）、正在運行的電視機是閉口系統(tǒng)。9．家用電熱水器是利用電加熱水的家用設(shè)施，平常其表面散熱可忽略。取正在使用的家用電熱水器為控制體（但不包括電加熱器），這是什么系統(tǒng)？把電加熱器包括在研究對象內(nèi)，這是什么系統(tǒng)？什么狀況下能構(gòu)成孤立系統(tǒng)？電流熱水傳熱熱水傳熱冷水冷水a(chǎn)b題圖不包括電加熱器為張口（不斷熱）系統(tǒng)（a圖）。包括電加熱器則為張口絕熱系統(tǒng)（b圖）。將能量傳達和質(zhì)量傳達（冷水源、熱水匯、熱源、電源等）所有包括在內(nèi)，組成孤立系統(tǒng)?；蛟S說，孤立系統(tǒng)把所有發(fā)生相互作用的部分均包括在內(nèi)。10．剖析汽車動力系統(tǒng)（圖1-21）與外界的質(zhì)能互換狀況。吸入空氣，排出煙氣，輸出動力（機械能）以戰(zhàn)勝阻力，發(fā)動機水箱還要大量散熱。不考慮焚燒時，燃料焚燒是熱源，燃氣工質(zhì)吸熱；系統(tǒng)包括焚燒時，油料發(fā)生減少。11．經(jīng)歷一個不能逆過程后，系統(tǒng)可否恢復原來狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個系統(tǒng)可否恢復原來狀態(tài)？經(jīng)歷一個不能逆過程后，系統(tǒng)能夠恢復原來狀態(tài)，它將致使外界發(fā)生變化。包括系統(tǒng)和外界的整個大系統(tǒng)不能夠恢復原來狀態(tài)。12．圖1-22中容器為剛性絕熱容器，分紅兩部分，一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板，1）突然抽去隔板，氣體（系統(tǒng)）可否作功？2）設(shè)真空部分裝有很多隔板，逐個抽去隔板，每抽一塊板讓氣體先恢復平衡在抽下一塊，則又怎樣？3）上述兩種狀況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過程可否都可在p-v圖上表示？13．過程1a2是可逆過程，過程1b2是不能逆過程。有人說過程1a2對外作功大于過程1b2，你可否贊成他的說法？為什么？不同樣意。過程1a2的作功量是確定的，而過p程1b2的作功量不確定，因1而無法比較。14．系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)和其逆向可逆循環(huán)ab后，系統(tǒng)和外界有什么變化？若上述正向循環(huán)及逆向循環(huán)中有不能逆因2素，則系統(tǒng)及外界有什么變化？v系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)和其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)和外界沒有變化。若上述正向循環(huán)及逆向循環(huán)中有不能逆因素，則系統(tǒng)恢復原來狀態(tài)，外界則留下了變化（外界的熵增加）。15．工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出功中可否要減去活塞排擠大氣功才是適用功？不需1．熱力學能就是熱量嗎？不是。熱力學能是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，是工質(zhì)的性質(zhì)，是工質(zhì)內(nèi)部積蓄能量，是與狀態(tài)變化過程沒關(guān)的物理量。熱量是工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化時經(jīng)過系統(tǒng)界線傳達的熱能，其大小與變化過程有關(guān)，熱量不是狀態(tài)參數(shù)。2．若在研究飛機發(fā)動機中工質(zhì)的能量變換規(guī)律時把參照坐標建在飛機上，工質(zhì)的總能中可否包括外面積蓄能？在以氫、氧為燃料的電池系統(tǒng)中系統(tǒng)的熱力學能可否應包括氫和氧的化學能？不論參照坐標成立在何處，工質(zhì)的總能中向來包括外面積蓄能，只可是參照坐標成立合適，工質(zhì)的宏觀動能、宏觀勢能的值等于零，便于計算。氫氧燃料電池中化學能變化是主要的能量變化，所以不能忽略。3．可否由基本能量方程式得出功、熱量和熱力學能是同樣性質(zhì)的參數(shù)的結(jié)論？q=u＋w不能夠?；灸芰糠匠淌娇墒钦f明且充分說明功、熱量和熱力學能都是能量，都是能量存在的一種形式，在能量的數(shù)量上它們是有等價關(guān)系的。而不波及功、熱量和熱力學能的其他屬性，也表示功、熱量和熱力學能的其他屬性與能量實質(zhì)沒關(guān)。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，剖析容器中空氣的熱力學能將怎樣變化？若在隔板上有一小孔，氣體泄露入B中，剖析A、B隔板兩部分壓力同樣時A、B兩部分氣體熱力學能怎樣變化？q=u＋w,q=0，u為負值（u減少），轉(zhuǎn)變成氣體的動能，動能在B中B經(jīng)內(nèi)部摩擦耗散為熱能A圖2-12自由膨脹被氣體從頭吸取，熱力學能增加，最后

u=0。5．熱力學第必然律的能量方程式可否可寫成以下形式？為什么？

q=

u+=(u2-u1)+(w2-w1)不能以。

w不能能等于

pv，w是過程量，

pv則是狀態(tài)參數(shù)。

q和w都是過程量，所以不會有

q2-q1和w2-w1。26．熱力學第必然律剖析式有時寫成以下兩者形式：q=u＋=u＋pdv別討論上述兩式的適用范圍。1前者適用于隨意系統(tǒng)、隨意工質(zhì)和隨意過程。后者適用于隨意系統(tǒng)、隨意工質(zhì)和可逆過程。7．為什么推動功出現(xiàn)在張口系能量方程中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中？推動功的定義為，工質(zhì)在流動時，推動它下游工質(zhì)時所作的功。張口系工質(zhì)流動，而閉口系工質(zhì)不流動，所以推動功出現(xiàn)在張口系能量方程中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中。我個人認為推動功應當定義為由于工質(zhì)在必然狀態(tài)下占有必然空間所擁有的能量，它是工質(zhì)自己所固有的性質(zhì)，是一個狀態(tài)參數(shù)。推動功既能夠出現(xiàn)在張口系能量方程中，也能夠出現(xiàn)在閉口系能量方程式中（需要把w翻開，w＝wt＋(pv)）?！嘉荒?．焓是工質(zhì)流入（或流出）張口系時傳達入（或傳達出）系統(tǒng)的總能量，那么閉口系工質(zhì)有沒有焓值？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，可是由于工質(zhì)不流動，所以其焓值沒有什么意義。焓=熱力學能+占位能9．氣體流入真空容器，可否需要推動功？推動功的定義為，工質(zhì)在流動時，推動它下游工質(zhì)時所作的功。下游無工質(zhì)，故不需要推動功。利用張口系統(tǒng)的一般能量方程式推導的最后結(jié)果也是這樣。10．牢固流動能量方程式（2-21）可否可應用于像活塞式壓氣機這樣的機械牢固工況運行的能量剖析？為什么？能夠。熱力系統(tǒng)的采用有很大的自由度。一般把活塞式壓氣機取為閉口系統(tǒng)，是察看其一個沖程內(nèi)的熱力變化過程。若是考慮一段時間內(nèi)活塞式壓氣機的工作狀況和能量變換狀況，就需要把它看作牢固流動系統(tǒng)辦理，包括進排氣都認為是連續(xù)的。11．為什么牢固流動張口系內(nèi)不同樣部分工質(zhì)的比熱力學能、比焓、比熵等都會改變，而整個系統(tǒng)的UCV=0、HCV=0、SCV=0?控制體的UCV=0、HCV=0、SCV=0是指過程進行時間前后的變化值，牢固流動系統(tǒng)在不同樣時間內(nèi)各點的狀態(tài)參數(shù)都不發(fā)生變化，所以UCV=0、HCV=0、SCV=0。牢固流動張口系內(nèi)不同樣部分工質(zhì)的比熱力學能、比焓、比熵等的改變可是是依坐標的改變。12．張口系實行穩(wěn)固流動過程，能否同時知足以下三式：Q=dU+W..Q=dH+Wt..Q=dH+mdc2f+mgdz+Wi上述三式中，W、Wt和Wi的互有關(guān)系是什么？2mm答：都知足。W=d(pV)+W=d(pV)+2+mgdz+WW=2+mgdz+Wt2i..t2i幾股流領(lǐng)會集成一股流體稱為合流，如圖2-13所示。工程上幾臺壓氣機同時向主氣道送氣以及混淆式qm11p1,T131qm3p3,T323qm2p2,T22圖2-13合流換熱器等都有合流的問題。平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出出口截面上焓值

h3的計算式。進入系統(tǒng)的能量–走開系統(tǒng)的能量

=系統(tǒng)儲藏能量的變化系統(tǒng)儲藏能量的變化：不變。進入系統(tǒng)的能量：

qm1帶入的和

qm2帶入的。沒有熱量輸入。

qm1（h1+cf1

2/2+gz1）+q

m2（h2+cf2

2/2+gz2）走開系統(tǒng)的能量：

qm3帶出的，沒有機械能（軸功）輸出。

qm3（h3+cf3

2/2+gz3）若是合流前后流速變化不太大，且勢能變化一般能夠忽略，則能量方程為：

qm1

h1+qm2

h2=qm3

h3出口截面上焓值

h3的計算式

h3=

（qm1

h1+qm2

h2）/q

m3此題中，若是流體反向流動就是分流問題，分流與合流問題的能量方程式是同樣的，一般習慣前后反過來qm33p3,T313qm1p1,T121qm2p2,T22圖2-14分流寫。qm1h1=qm2h2+qm3h31．怎樣正確對待“理想氣體”這個見解？在進行實質(zhì)計算時怎樣決定可否可采用理想氣體的一些公式？第一個問題很含混，對于“理想氣體”能夠說很多。能夠說理想氣體的定義：理想氣體，是一種假想的實質(zhì)上不存在的氣體，其分子是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點，分子間無相互作使勁。也能夠說，理想氣體是實質(zhì)氣體的壓力趨近于零時極限狀況。還能夠討論什么狀況下，把氣體依照理想氣體辦理，這已經(jīng)是后一個問題了。后一個問題，當氣體距離液態(tài)比較遠時（此時分子間的距離有對于分子的大小特別大），氣體的性質(zhì)與理想氣體相去不遠，能夠看作理想氣體。理想氣體是實質(zhì)氣體在低壓高溫時的抽象。2．氣體的摩爾體積Vm可否因氣體的種類而異？可否因所處狀態(tài)不同樣而異？任何氣體在隨意狀態(tài)下摩爾體積可否都是

3/mol

？氣體的摩爾體積

Vm不因氣體的種類而異。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。任何氣體在標準狀態(tài)（

p=101325Pa，T=）下摩爾體積是

3/mol。在其他狀態(tài)下，摩爾體積將發(fā)生變化。3．摩爾氣體常數(shù)

R值可否隨氣體的種類而不同樣或狀態(tài)不同樣而異？摩爾氣體常數(shù)

R是基本物理常數(shù)，它與氣體的種類、狀態(tài)等均沒關(guān)。4．若是某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為pv=RgT，這種工質(zhì)的比熱容、熱力學能、焓都可是是溫度的函數(shù)嗎？是的。5．對于確定的一種理想氣體，cp–cv可否等于定值？cp/cv可否為定值？cp–cv、cp/cv可否隨溫度變化？cp–cv=Rg，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=g可否適用于動力工程中應用的高壓水蒸氣？可否適用于地球大氣中的水蒸氣？R不適用于前者，必然條件下近似地適用于后者。7．氣體有兩個獨立的參數(shù)，u（或h）能夠表示為p和v的函數(shù)，即u=f(p,v)。但又曾得出結(jié)論，理想氣體的熱力學能（或焓）只取決于溫度，這兩點可否矛盾？為什么？不矛盾。gT。熱力學能（或焓）與溫度已經(jīng)相當于一個狀態(tài)參數(shù)，他們都能夠表示為獨立參數(shù)ppv=R和v的函數(shù)。8．為什么工質(zhì)的熱力學能、焓和熵為零的基準能夠任選，所有狀況下工質(zhì)的熱力學能、焓和熵為零的基準都能夠任選？理想氣體的熱力學能或焓的參照狀態(tài)平常選定哪個或哪些個狀態(tài)參數(shù)值？對理想氣體的熵又怎樣？我們經(jīng)常關(guān)注的是工質(zhì)的熱力學能、焓和熵的變化量，熱力學能、焓和熵的絕對量對變化量沒有影響，所以能夠任選工質(zhì)的熱力學能、焓和熵為零的基準。所有狀況下工質(zhì)的熱力學能、焓和熵為零的基準都能夠任選？不那么絕對，可是在工程熱力學范圍內(nèi)，能夠這么說。工質(zhì)的熱力學能、焓和熵的絕對零點均為絕對零度（0K），可是當前物理學研究成就表示，即使絕對零度，工質(zhì)的熱力學能、焓和熵也不正確為零，在絕對零度，物質(zhì)仍有零點能，由海森堡測嚴禁關(guān)系確定。（熱力學第三定律能夠表述為，絕對零度可以無量湊近，但永遠不能能達到。）標準狀態(tài)（p=101325Pa，T=）。（p=101325Pa，T=）、（p=101325Pa，T=），水的三相點，等等。9．氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及s0的基準是什么狀態(tài)？標準狀態(tài)10．在圖

3-15

所示的

T–s圖上隨意可逆過程

1–2的熱量怎樣表示？理想氣體

1和2狀態(tài)間熱力學能變化量、焓變化量可否在圖上用面積表示？若

1–2經(jīng)過的是不能逆過程又怎樣？曲線

1-2

下的曲邊梯形面積就是隨意可逆過程

1–2的熱量。dQ=TdS沿過程的積分。Q=U+W，所以

U=Q–W。不能逆過程傳熱量不能夠用曲邊梯形面積表達，可是熱力學能和焓還能夠用原方式表達，由于熱力學能和焓都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過程路徑?jīng)]關(guān)。T2Up=0p1120sv11．理想氣體熵變計算式（3-39）、（3-41）、（3-43）等是由可逆過程導出，這些計算式可否能夠用于不能逆過程初、終態(tài)的熵變？為什么？能夠。熵是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過程路徑?jīng)]關(guān)。12．熵的數(shù)學定義式為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)論可否正確？若不正確，錯在哪處？不正確。錯在c不是狀態(tài)參數(shù)，與過程有關(guān)。是溫度單值函數(shù)的是定過程比熱。13．試判斷以下各說法可否正確：（1）氣體吸熱后熵必然增大；（2）氣體吸熱后溫度必然高升；（3）氣體吸熱后熱力學能必然增加；（4）氣體膨脹時必然對外作功；（5）氣體壓縮時必然耗功。（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)可否和水同樣也有飽和狀態(tài)的見解，也存在臨界狀態(tài)？是的。幾乎所有的純物質(zhì)（非混淆物）都有飽和狀態(tài)的見解，也存在臨界狀態(tài)。其他的物質(zhì)性質(zhì)更加復雜。15．水的三相點的狀態(tài)參數(shù)能否是唯一確定的？三相點與臨界點有什么差別？水的三相點的狀態(tài)參數(shù)是唯一確定的，這一點由吉布斯相律確認：對于多元（如

k個組元）多相（如f

個相）無化學反響的熱力系，其獨立參數(shù)，即自由度

n=k–f

+2

。三相點：

k

=1，f

=3，故

n

=0

。三相點是三相共存點，在該點發(fā)生的相變都擁有相變潛熱。臨界點兩相歸一，差別消失，相變是連續(xù)相變，沒有相變潛熱。三相點各相保持各自的物性參數(shù)沒有巨大的變化，臨界點的物性參數(shù)會產(chǎn)生巨大的峰值變化。三相點和臨界點是蒸汽壓曲線的兩個端點。三相點簡單實現(xiàn)，臨界點不簡單實現(xiàn)。16．水的汽化潛熱能否是常數(shù)？有什么變化規(guī)律？水的汽化潛熱不是常數(shù)，三相點汽化潛熱最大，隨著溫度和壓力的提高汽化潛熱漸漸減小，臨界點處汽化潛熱等于零。17．水在定壓汽化過程中，溫度保持不變，所以，依照q=u+w，有人認為過程中的熱量等于膨脹功，即=，對不對？為什么？不對。=cvT是對單相理想氣體而言的。水既不是理想氣體，汽化又不是單相qwu變化，所以q=w的結(jié)論是錯的。18．有人依照熱力學第必然律剖析式=–dp和比熱容的定義c=q，所以認為hpT2T是普qdhvdTcpT1hpT2T=0。這一推遍適用于所有工質(zhì)的。進而推論得出水定壓汽化時，溫度不變，所以其焓變量cpT1論錯誤在哪里？c=q是針對單相工質(zhì)的，不適用于相變過程。dT1．試以理想氣體的定溫過程為例，概括氣體的熱力過程要解決的問題及使用方法。

要解決的問題：揭穿過程中狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，揭穿熱能與機械能之間的變換狀況，找出其內(nèi)在規(guī)律及影響轉(zhuǎn)變的因素。在一定工質(zhì)熱力性質(zhì)的基本條件下，研究外界條件對能量變換的影響，進而加以利用。

使用的方法：剖析典型的過程。剖析理想氣體的定值的可逆過程，即過程進行時限制某一參數(shù)不發(fā)生變化。剖析步驟成立過程方程式；找出（基本）狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，確定不同樣狀態(tài)下參數(shù)之間的關(guān)系；求出能量參數(shù)的變化（過程功、技術(shù)功、熱力學能、焓、熵、傳熱量等等）；4)畫出過程變化曲線（在T-s圖、p-v圖上）。2．對于理想氣體的任何一種過程，以下兩組公式可否都適用？=v(2–t1)，=p(2–1)；==v(t2–1)，q==p(t2–t1)ucthcttqucthc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程，第二式只適用于定壓過程。3．在定容過程和定壓過程中，氣體的熱量可依照過程中氣體的比熱容乘以溫差來計算。定溫過程氣體的溫度不變，在定溫膨脹過程中可否需要對氣體加入熱量？若是加入的話應怎樣計算？需要加入熱量。=+,對于理想氣體，==vv22或q=tt。quwqwRT1lnv1h+w,對于理想氣體，q=w=RT1lnv14．過程熱量q和過程功w都是過程量，都和過程的路子有關(guān)。由理想氣體可逆定溫過程熱量公式q=p1v1lnv2可知，只需狀態(tài)參數(shù)p1、v1和v2確定了，q的數(shù)值也確定了，可否可逆定溫過程的熱量q與v1路子沒關(guān)？“可逆定溫過程”已經(jīng)把路子規(guī)定好了，此時談與路子的關(guān)系沒存心義。再重申一遍，過程熱量q和過程功w都是過程量，都和過程的路子有關(guān)。5．閉口系在定容過程中外界對系統(tǒng)施以攪拌功w，問這時Q=mcvdT可否成立？不能立。攪拌功w以機械能形式經(jīng)過系統(tǒng)界線，在工質(zhì)內(nèi)部經(jīng)過流體內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)變成熱，進而致使溫度和熱力學能高升。Q是經(jīng)過界線傳達的熱能，不包括機械能。6．絕熱過程的過程功w和技術(shù)功wt的計算式w=u1–u2，wt=h1–h可否只適用于理想氣體？可否只限于可逆絕熱過程？為什么？兩式根源于熱力學第必然律的第一表達式和第二表達式，唯一條件就是絕熱q=0，與可否理想氣體沒關(guān)，且與過程可否可逆也沒關(guān)，可是必定為絕熱過程。7．試判斷以下各樣說法可否正確？(1)定容過程即無膨脹（或壓縮）功的過程；(2)絕熱過程即定熵過程；多變過程即隨意過程答：(1)定容過程即無膨脹（或壓縮）功的過程；——正確。(2)絕熱過程即定熵過程；——錯誤，可逆絕熱過程是定熵過程，不能逆絕熱過程不是定熵過程。(3)多變過程即隨意過程?！e誤，右圖中的過程就不是多變過程。8．參照圖4-17，試證明：1-2-3q1-4-3。圖中1–2、q1–4、2–3各為定壓過程。證明：q1-2-3=q1-2+q2-3，q1-4-3=q1-4+q4-3q1-2=cv(T2–T1)，q2-3=cp(T3–T2)=cv(T3–T2)+R(T3–T2)，q4-3=cv(T3–T4)，1-4=cp(4–1)=cv(4–1)+(4–1)。qTTTTRTTq1-2-3=q1-2+q2-3=cv(T2–T1)+cv(T3–T2)+R(T3–T2)cv(T3–T1)+R(T3–T2)q1-4-3=q1-4+q4-3=cv(T4–T1)+R(T4–T1)+cv(T3–T4)

4–3各為定容過程，p237題圖14Ov圖4-17cv(T3–T1)+R(T4–T1)于是q1-2-3–1-4-3=(3–2)–(4–1)qRTTRTT=[(4p2–1p2)–(4–1)]=(p2–1)(4–1)>0p1p1p1所以，q1-2-3q1-4-3，證畢。9．如圖4-18所示，今有兩個隨意過程a–b及a–c，b點及c點在同一條絕熱線上，(1)試問ab與acuu哪個大？(2)若b點及c點在同一條定溫線上，結(jié)果又怎樣？依題意，Tb>Tc，所以uab>uac。若b點及c點在同一條定溫線上，則uab=uac。pbpbTbTcacacOvOv圖4-18圖4-18題解10．理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術(shù)功可否實行到隨意氣體？從熱力學第必然律的第一表達式和第二表達式來看，膨脹功和技術(shù)功分別等于w=q–u和wt=q–，h非理想氣體的u和h不用然等于零，也不能能相等，所以理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術(shù)功不能夠推廣到隨意氣體。k1k111．以下三式的使用條件是什么？p2v2k=p1v1k，T1v1k-1=T2v2k-1，T1p1k=T2p2k.使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過程。12．T–s圖上怎樣表示絕熱過程的技術(shù)功t和膨脹功？wwp=0v=04-13

在p—v

和T—s圖上怎樣判斷過程

q、w、

u、

h的正負。經(jīng)過過程的起點劃等容線（定容線）

，過程指向定容線右側(cè)，系統(tǒng)對外作功，

w>0；過程指向定容線左側(cè)，系統(tǒng)接收外功，

w<0。經(jīng)過過程的起點劃等壓線（定壓線）

，過程指向定壓線下側(cè)，系統(tǒng)對外輸出技術(shù)功，

wt>0；過程指向定壓線上側(cè)，系統(tǒng)接收外來技術(shù)功，wt<0。經(jīng)過過程的起點劃等溫線（定溫線），過程指向定溫線下側(cè)，u<0、h<0；過程指向定溫線上側(cè)，u>0、h>0。經(jīng)過過程的起點劃等熵線（定熵線），過程指向定熵線右側(cè)，系統(tǒng)吸取熱量，q>0；過程指向定熵線左側(cè)，系統(tǒng)釋放熱量，q<0。pT,n=1v,n→Ts,n=kv,n→p,n=0p,n=0T,n=1AAs,n=kvs4-14試以可逆絕熱過程為例，說明水蒸氣的熱力過程與理想氣體的熱力過程的剖析計算有什么異同？同樣點：都是第一確定初步狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)，爾后在計算過程的作功量等數(shù)據(jù)。計算過程中，向來要符合熱力學第必然律。不同樣點：理想氣體的計算是依靠理想氣體狀態(tài)方程以及功和熱量的積分計算式進行計算，而水蒸氣是依靠查圖查表進行計算。4-15實質(zhì)過程都是不能逆的，那么本章討論的理想可逆過程有什么意義？理想可逆過程是對實質(zhì)過程的近似和抽象，實質(zhì)過程過于復雜不易于剖析，經(jīng)過理想可逆過程的剖析以及依照實質(zhì)過程進行合適修正，能夠認識實質(zhì)過程能量變換變化狀況，以及怎樣向理想可逆過程湊近以提高相應的技術(shù)指標。5-1熱力學第二定律可否表達為：“機械能能夠所有變成熱能，而熱能不能能所有變成機械能?！边@種說法有什么不穩(wěn)定？答：熱能不是不能能所有變成機械能，如定溫過程就能夠。但想要連續(xù)地將熱能轉(zhuǎn)變成機械能則是不能能的。5-2理想氣體進行定溫膨脹時，可從單調(diào)恒溫熱源吸入的熱量，將之所有轉(zhuǎn)變成功對外輸出，可否與熱力學第二定律的開爾文表達有矛盾？提示：考慮氣體自己可否有變化。答：理想氣體進行定溫膨脹時，壓力不斷降低，體積越來越大。當壓力低到外界壓力時，就不能夠再連續(xù)降低了，過程也就停止了。熱力學第二定律的開爾文表達的內(nèi)容是：不能能制造出從單調(diào)熱源吸熱，使之所有轉(zhuǎn)變成功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機（第二類永動機是不能能制造成功的。）一方面壓力降低，體積增大就是變化；另一方面，熱力發(fā)動機要求連續(xù)工作，而定溫過程做不到。所以，這個過程與熱力學第二定律無矛盾。5-3自覺過程是不能逆過程，非自覺過程必為可逆過程，這一說法可否正確？答：錯?！胺亲杂X過程必為可逆過程?！钡恼f法完好錯誤，非自覺過程需付出代價（更強的自覺過程）才能實現(xiàn)，可逆過程則是一種實質(zhì)上不存在的理想過程，兩者之間沒有什么關(guān)系。5-4請給“不能逆過程”一個合適的定義。請概括熱力過程中有哪幾種不能逆因素？答：各樣不能逆因素總能夠表示為將機械能耗散為熱能，比方溫差傳熱，卡諾說：凡是有溫度差的地方都能夠產(chǎn)生動力。所以，溫差傳熱使得本能夠作出的功沒有作出，這就相當于將機械能耗散為熱能。凡是最后收效都能夠概括為使機械能耗散為熱能的過程都是不能逆過程。熱力過程中的不能逆因素有功熱轉(zhuǎn)換、有限溫差傳熱、自由膨脹、混淆過程、電阻等等。5-5試證明熱力學第二定律的各樣說法的等效性：若克勞修斯說法不能立，則開爾文說法也不能立。答：熱力學第二定律的各樣說法都是等效的，能夠證明它們之間的等效性。TT11Q1QQWW1QE0ER2Q2Q2TT22圖4-1圖4-2如圖4–1所示，某循環(huán)發(fā)動機E自高溫熱源T1吸熱Q1，將其中一部分轉(zhuǎn)變成機械能W0，其他部分Q2=Q1–W0排向低溫熱源T2，若是能夠違犯克勞修斯說法，即熱量Q2能夠不花代價地自低溫熱源傳到高溫熱源，如圖中虛線所示那樣，則總的結(jié)果為高溫熱源失去熱能(Q1–Q)，循環(huán)發(fā)動機產(chǎn)生了相應的機械能W，20而低溫熱源并無變化，相當于一臺從單調(diào)熱源吸熱而作功的循環(huán)發(fā)動機。所以，違犯克勞修斯說法必然違反開爾文說法，近似地，違犯開爾文說法也必然違犯克勞修斯說法，兩種說法完好等價（圖4-2）。5-6

以下說法可否有錯誤：（1）循環(huán)凈功

Wnet愈大則循環(huán)熱效率愈高；（2）不能逆循環(huán)熱效率必然小于可逆循環(huán)熱效率；（3）可逆循環(huán)熱效率都相等，

t

1

T2

。（1）錯。（2）錯。應當是在同樣的高溫熱源T1和低溫熱源之間。否則沒有比較基礎(chǔ)。（3）錯。應當是在同樣的高溫熱源和低溫熱源之間。否則沒有比較基礎(chǔ)。5-7循環(huán)熱效率公式：q1q2和T1T2可否完好同樣？各適用于哪些場合？ttq1T1答：不同樣。前者適用于一般的循環(huán)（可逆和不能逆循環(huán)），后者僅適用于在兩個恒溫熱源之間工作的可逆循環(huán)。（第三版5-8題）不違犯。它是依靠于壓力差作功的。5-8下陳說法可否正確：（1）熵增大的過程必然為吸熱過程；（2）熵減小的過程必為放熱過程；（3）定熵過程必為可逆絕熱過程；（4）熵增大的過程必為不能逆過程；（5）使系統(tǒng)熵增大的過程必為不能逆過程；6）熵產(chǎn)Sg>0的過程必為不能逆過程。答：（1）錯。不能逆絕熱過程熵也會增大。（2）錯，不正確。不能逆放熱過程，當放熱惹起的熵減大于不能逆惹起的熵增時（亦即當放熱量大于不能逆耗散所產(chǎn)生的熱量時），它也能夠表現(xiàn)為熵略微減少，但沒有可逆放熱過程熵減少那么多。（3）錯。不能逆放熱過程，當放熱惹起的熵減等于不能逆惹起的熵增時（亦即當放熱量等于不能逆耗散所產(chǎn)生的熱量時），它也能夠表現(xiàn)為熵沒有發(fā)生變化。（4）錯?？赡嫖鼰徇^程熵增大。（5）錯。原因如上。能夠說：“使孤立系統(tǒng)熵增大的過程必為不能逆過程?！保?）對。5-9下陳說法可否有錯誤：（1）不能逆過程的熵變S無法計算；（2）若是從同一初始態(tài)到同一終態(tài)有兩條路子，一為可逆，另一為不能逆，則S不能逆>S可逆，Sf，不能逆>Sf，可逆，Sg，不能逆>Sg，可逆；（3）不能逆絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵S2>S1，不能逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初態(tài)熵S2<S1;（4）工質(zhì)經(jīng)過不能逆循環(huán)ds0，qS。（2）錯。0。答：（1）錯。熵是狀態(tài)參數(shù)，只需能夠確定起迄點，就能夠確定熵變Tr應為S不能逆=S可逆、Sf，不能逆<Sf，可逆、Sg，不能逆>Sg，可逆。由于熵是狀態(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?jīng)]關(guān)（3）錯。不能逆絕熱壓縮過程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵，S2>S1。（4）錯。ds0，由于熵是狀態(tài)參數(shù)。5-10從點a開始有兩個可逆過程：定容過程a–b和定壓過一條絕熱線上（見圖5–34），問qa–b和qa–c哪個大？并在T和a–c及qa–b和qa–c。答：可逆定容過程a-b和可逆定壓過程a-c的逆過程c-a線上過程b-c組成一可逆循環(huán)，它們圍成的面積代表了對外過程c-a放熱，依照熱力學第必然律，必然有T對外輸出凈功。也就是，qa-b>qa-c。

p程a–c，b、c兩點在同b–s圖上表示過程a–bac以及可逆絕熱線即定熵0v作功量，過程a-b吸熱，圖5–34bqa-b>qc-a，才能圖中，qa-b為absbsaa圍成的面積，qa-c為acsbsaac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a不能逆絕熱壓縮兩種過程，將氣體壓縮到同樣的終壓，在p–v圖上和T–sasbs圖上畫出兩過程，并s在T–s圖上示出兩過程的技術(shù)功及不能逆過程的火10題圖用損失。答：見圖。Tp1pT1p1不能逆可逆2T1p可逆不能逆2ps1s2sv題圖5-12孤立系統(tǒng)中進行了（1）可逆過程；（2）不能逆過程，問孤立系統(tǒng)的總能、總熵、總火用各怎樣變化？答：（1）孤立系統(tǒng)中進行了可逆過程后，總能、總熵、總火用都不變。（2）孤立系統(tǒng)中進行了不能逆過程后，總能不變，總熵、總火用都發(fā)生變化。5-13例5–12中氮氣由、310K可逆定溫膨脹變化到、310K，w1–2，max=w=kJ/kg，但依照最大適用功的見解，膨脹功減去排擠大氣功（無用功）才等于適用功，這里可否有矛盾？答：沒有5-14以下命題可否正確？若正確，說明原因；若錯誤，請更正。（1）成熟的蘋果從樹枝上掉下，經(jīng)過與大氣、地面的摩擦、碰撞，蘋果的勢能轉(zhuǎn)變成環(huán)境介質(zhì)的熱力學能，勢能所有是火用，所有轉(zhuǎn)變成火無。（2）在水壺中燒水，必有熱量發(fā)散到環(huán)境大氣中，這就是火無，而使水升溫的那部分稱之為火用。（3）一杯熱水含有必然的熱量火用，冷卻到環(huán)境溫度，這時的熱量就已沒有火用值。（4）系統(tǒng)的火用只能減少不能夠增加。（5）