第十三章-热力学基础习题要点.ppt

13-1如图所示，bca为理想气体绝热过程，b1a和b2a是任意过程，则上述两过程中气体作功与吸收热量的情况是()。,答案（B）,（A）b1a过程放热，作负功；b2a过程放热，作负功；,（B）b1a过程吸热，作负功；b2a过程放热，作负功；,（C）b1a过程吸热，作正功；b2a过程吸热，作负功；,（D）b1a过程放热，作正功；b2a过程吸热，作正功；,bca过程为绝热过程系统与外界无热量交换，,气体体积减小，气体被压缩系统对外作负功：,气体内能增大，温度上升。,曲线下的面积等于外界对气体所作的功：,（1）b1a过程气体被压缩，气体对外作负功。但面积，得：,而：,由热力学第一定律：,表明b1a过程气体从外界吸热。,（2）b2a过程气体被压缩，气体对外作负功。但面积，得：,而：,由热力学第一定律：,表明b2a过程气体向外界放热。,答案（B）,13-2如图所示，一定量的理想气体，由平衡态A变到平衡态B，且它们的压强相等，即，则在状态A和状态B之间，气体无论经过的是什么过程，气体必然（）。(A)对外作正功；(B)内能增加；(C)从外界吸热；(D)向外界放热。,答案（B）,13-3两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个盛氦气（均视为刚性分子理想气体）。开始时它们的压强和温度都相同，现将3J热量传递给氦气，使之升高一定的温度。若使氢气也升高同样的温度，则应向氢气传递热量为（）。(A)6J；(B)3J；(C)5J；(D)10J。,所以：氦气和氢气压强、体积、温度相同时，两种气体的摩尔数相同。,氦气为单原子分子气体，内能为：,氢气为双原子分子气体，内能为：,升高一定温度时，氦气的内能的变化为：,升高一定温度时，氢气的内能的变化为：,所以升高相同温度时，氢气内能的变化与氦气内能变化关系为：,当给氦气传递3J的热量使温度增加，若氢气升高相同的温度，氢气内能增加的要更多，吸收的热量也更多，所以应向氢气传递5J的热量。,答案（B）,容器体积不变，过程为等体过程，气体对外作功为零，则:,气体吸收的热量全部转化为内能的增加，所以：,答案（D）,13-4有人想象了如图所示的四个理想气体的循环过程，则在理论上可以实现的为（）。,（A）图情况：循环过程，内能不变，则,气体从外界吸收的净热量等于气体对外所作的净功。,ab过程，绝热过程：,由图可知气体对外作正功，即：,bc过程，等体过程，气体对外作功为零：,bc过程气体等体降压，内能下降：,bc过程气体等体降压时，气体放热。,ca过程，等温过程，气体内能不变，则：,ca过程中，气体被压缩，气体对外作负功：,所以，ca过程中，气体放热。,整个abca的循环过程中，气体传递的总热量：,而由图可知，整个循环过程中，气体对外作的净功（曲线所围的面积）大于零。,即整个循环过程，系统对外界作正功，同时系统又向外界放出热量，而系统本身的内能不变，这显然与热力学第一定律是矛盾的。所以图(A)所示的循环是不可能实现的。,（B）图情况：两条绝热线和一条等温线组成一个正循环，但是，这个循环只是从单一热源吸收热量，并且对外作正功，而不对外界产生任何影响，这违反了热力学第二定律，也就是说，任意的两条绝热线是不可能相交的，所以图(B)所示的循环是不可能实现的。,（C）图情况：两条绝热线和一条等体线组成一个正循环，但是，这个循环只是从单一热源吸收热量，并且对外作正功，而不对外界产生任何影响，这违反了热力学第二定律，也就是说，任意的两条绝热线是不可能相交的，所以图(C)所示的循环是不可能实现的。,（D）图情况：循环过程，内能不变，则,气体从外界吸收的净热量等于气体对外所作的净功。,ab过程，等压过程，气体从外界吸收热量，一部分用于对外作正功，另一部分用于增加气体的内能：,bc过程，绝热过程：,由图可知气体对外作正功，即：,ca过程，等温过程，气体内能不变，则：,由图可知，ca过程中，气体被压缩，气体对外作负功：,所以，ca过程中，气体放热。,即整个循环过程，系统对外界作正功，同时系统从外界吸收热量，又向外界放出热量，而系统本身的内能不变，这显然与热力学第一定律是相符的。所以图(D)所示的循环是可以实现的。,13-5一台工作于温度分别为和的高温热源与低温热源之间的卡诺热机，每经历一个循环吸热2000J，则对外作功（）。2000J；(B)1000J；(C)4000J；(D)500J.,答案（B）,13-6根据热力学第二定律（）。自然界中的一切自发过程都是不可逆的；不可逆过程是不能向相反方向进行的过程；热量可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体；任何过程总是沿着熵增加的方向进行.,答案（A）,13-8如图所示，一定量的空气，开始在状态A，其压强为，体积为，沿直线AB变化到状态B后，压强变为，体积变为，求此过程中气体所做的功。,解：,气体对外所做的功等于过程曲线下的面积：,13-9气缸内贮有2.0mol的空气，温度为，若维持压强不变，而使空气的体积膨胀到原体积的3倍，求空气膨胀时所做的功。,解：,等压过程中气体对外所做的功为：,13-10一定量的空气，吸收了的热量，并保持在下膨胀，体积从增加到，问空气对外作了多少功？它的内能改变了多少？,解：,等压过程中气体对外所做的功为：,由热力学第一定律可得气体内能改变为：,13-110.1kg的水蒸气自加热升温到，问（1）在等体过程中，（2）在等压过程中，各吸收了多少热量？根据实验测定，已知水蒸气的摩尔定压热容，摩尔定体热容。,解：,（1）等体过程中气体吸收的热量为：,查表的水蒸气的摩尔质量为：,（2）等压过程中气体吸收的热量为：,查表得水蒸气的摩尔质量为：,13-12如图所示，在绝热壁的气缸内盛有1mol的氮气，活塞外为大气压强，氮气的压强为，活塞面积为。从气缸底部加热，使活塞缓慢上升了0.5m。问（1）气体经历了什么过程？（2）气缸中的气体吸收了多少热量？（根据实验测定，已知氮气的摩尔定压热容，摩尔定体热容）,解：,（2）等压过程中气体吸收的热量为：,（1）由开始时氮气压强为可知，活塞外大气的压强也是，之后，气体保持压强不变，所以气体经历的是等压膨胀过程。,13-13一压强为，体积为的氧气自加热到，问：（1）当压强不变时，需要多少热量？当体积不变时，需要多少热量？（2）在等压和等体过程中各作了多少功？,解：,（1）氧气可视为刚性双原子分子，得：,（2）等压过程中气体对外所做的功：,等体过程中气体对外所做的功等于零。,13-15如图所示，一定量的理想气体经历ACB过程吸热700J，则经历ACBDA过程时吸热又为多少？,解：,ACB过程中，由图中数据得：,则A、B两状态温度相同，故ACB过程系统内能的变化：,由热力学第一定律可得ACB过程中系统对外界作功为：,即ACB等温膨胀过程中，气体从外界吸收热量全部转化为系统对外界所作的正功。,BD等体升压过程中，气体对外界作为零：,DC等压压缩过程中，气体对外界作负功：,BDA过程中，气体内能变化为零，由热力学第一定律可得，系统从外界吸收热量为：,ACBDA循环过程中，系统净吸热为：,符号表示在此过程中，热量传递的总效果为放热。,13-211mol氢气在温度为300K，体积为0.025m3的状态下，经过（1）等压膨胀；（2）等温膨胀；（3）绝热膨胀。气体的体积都变为原来的两倍。试分别计算这三种过程中氢气对外做的功以及吸收的热量。,解：,（1）等压膨胀过程中气体对外所做的功：,等压膨胀过程中气体所吸收的热量：,氢气可视为刚性双原子分子，得：,等压过程：,等压膨胀过程中气体所吸收的热量：,（2）等温膨胀过程中气体对外所做的功：,等温膨胀过程中气体吸收的热量：,（3）绝热膨胀过程中气体对外所做的功：,绝热过程：,绝热膨胀过程中气体吸收的热量等于零。,13-24如图所示是单原子理想气体循环过程的V-T图，图中，试问：（1）图中所示循环是代表制冷机还是热机？（2）如果是正循环（热机循环），求出循环效率。,解：（1）将V-T图转换为P-V图，方法是：找每一过程的特殊点，利用气态方程来完成。,AB过程：直线过原点，方程为：,与物态方程比较：,可知该过程为等压膨胀过程。（如果直线不过原点，就不是等压过程）,BC过