工程热力学课后答案

1、J 附件1: ace与GBT190U2008标准主要差异性分析工程热力学沈维道主编第四版课后思想题答案（L5章）第1苹基木概念1闭口系与外界无物质交换.系统内质址将保持恒定.那么.系统内质址保持恒定的热力系一定雄闭口系统吗？答：否。当一个控制质呈的质虽入流率与质虽出流率相導时（如稳态稳流系统）.系统内的质虽将保持恒定不变。2有人认为.开口系统屮系统与外界有物质交换.而物质又与能址不可分割.所以开口系不可能定绝热系。这种观点对不对.为什么？答：不对。“绝热系指的是过程中与外界无热虽交换的系统。热址绘指过程中系统与外界间以热的方式交换的能呈.是过程扯.过程一旦结束 就无所谓“热址二物质并不“拥冇热

2、址。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。3-平衡状态与稳定状态有何区别和联系.平衡状态与均匀状态有何区别和联系？答：平衡状态与“稳定状态的概念均指系统的状态不随时间而变化.这是它们的共冋点：但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变： 而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变.这是它们的区别所在。4倘使容器屮气体的压力没有改变.试问安装在该容器上的压力表的读敌会改变吗？在绝对压力计算公式P = Pb + Pe(P Ph) ； P = Pb 一 /A (“ Pb) 中当地大气压是否必定定环境大气压？答：可能会的。因为圧力表上的读数为表圧力.是工两真实压力与环境介质压力Z差。环境介质压力.

3、燃如大气压力.定地面以上空气柱的垂址所 造成的.它随着各地的纬度.高度和气候条件不冋而有所变化.因此.即使I:质的绝对压力不变.表圧力和真空度仍有可能变化。“当地大气压并非就是环境大气压。准确地说.计篦式屮的Pb向是“当地环境介两”的压力.而不是随便任何其它恿义上的“大气压力” 或被 视为不变的“环境大气压力。5温度计测温的星本原理是什么？答：隘度计对隘度的测S建立在热力学第零定律原理Z上。它利用了 “温度是相互热平衡的系统所具有的一种冋一热力性质这一性质就址“温 度“的槪念。6经聆温标的缺点是什么?为什么？答：由选定的任惫一种测温物质的某种物理性质.釆用任惫一种温度标定规则所得到的隘标称为经

4、脸温标.由丁经脸温标依赖T测隘物质的性质. 当选用不同测锻物质制作温度计、采用不冋的物理性质作为温度的标志來测址隘度时.除选定的基准点外.在其它温度上.不同的温度计对河一温 度可能会给出不同测定值（尽管差值可能堆微小的因而任何一种经验隘标都不能作为度量隘度的标准。这便绘经验隘标的根本缺点。7促便系统状态变化的原因是什么?举例说明。答：分两种不冋惜况：卄系统原本不处于平衡状态.系统内各部分间存在若不平衡势差.则在不平衡势差的作用下.并个部分发生相互作用.系统的状态将发生变化。 例如.将一块烧热了的铁扔进一盆水屮.对丁水和该铁块构成的系统说來由于水和铁块Z间存在特温度筮别.起初系统处于热不平衡的状

5、态。这 种情况下.无需外界给予系统任何作用系统也会因铁块对水放出热虽而发生状态变化：铁块的隘度逐渐降低.水的隘度逐渐升高撤终系统从热 不平衡的状态过渡到1种新的热平衡状态：若系统原处于平衡状态.则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。8 图l-16a. b所示容器为刚性容器：将容器分成两部分。一部分装气体 一部分抽成真空中间是隔板：若突然抽去隔板.气体（系统）是否作功?im I 鑲制IMIMla）dW 卩WQ-W) = 0厂如此.对于如图所示的la2cl和lb2cl两个热力循环应有2 WQ - dW) + L (dQ - W) = 0及 Q - dW) + L (dQ _) =

6、 0对比两式.可见由热力学第一定律的表达式根据式及有j)dU=O及f dU= dUJla2Jh2这表明积分函数dU的求积结果与路径无关.即dU定某个状态参数的全微分.可见热力学能U为状态参数。8气体有淅个独立的参数.u或h可以表示为P和v的函数 WIu = fu(Pzv)。但又曾得出结论.理想气体的热力学能.烤只取决于隘度.这两点妊否 矛盾？为什么？答：不矛盾。根据理想气体模型.理想气体的分子只有内动能.不存在内位能.其热力学能仅包含内动能.因此其热力学能u只是隘度的函数。焙 参数h的定义为h = u+ Pv.由于理想气体遵循状态方程Pv=RgT可见理想气体的焙参数也仅为谢度的函数。刃一方面.

7、从状态方程看理想气体的温 度T賊是其圧力P和比体枳v的函敌.因而热力学能u和烤参数h也可以表达为压力P和比体积v的函数。一个状态参数是刘一个状态参数的单值 函敌.这说明两者间具有一种特殊的冋一关系相互间不是独立的实际上气体的状态是不可能由这葫者來共冋确定的.要确定气体的状态必须给 出两个独立参数，这是普遍的关系。9为什么匸质的热力学能.焙.爛为零的屣准可以任选？理想气体的热力学能或烤的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的烧 又如何？答：由于热匸计鄭中通常只是需耍知道匸质的热力学能.烤或墻的变化tfb因此无潘追处他们的绝对值.只耍选定参照状态作为基准为Z确定相 对值就可以了。理想

8、气体通常般热力学隘度为寥(0K)或摄氏濫度为寥时(OC)的状态作为基准状态.令此时的热力学能和焙参数为寥.以确定其它 状态下的相对值：体的悽参数通當取OK. 0.1013MPa为参照状态.令气体在该状态下的牺参数相对值为寥。10- 气体热力性质表中的5 h及so的星准是什么状态？答：这时的庭准状态定热力学詛度为寥(0K),11 在图38所示Ts图上任恿可逆过程12的热虽如何表示？理想气体在1和2状态间的热力学能变化SK焙变化虽如何表示？ *；12经过的皑不可 逆过程又如何？答：对于可逆过程12过程热虽可用过程曲线与横轴sZ间所夹的而积來表示： 由丁理想气体的热力学能绘谧度的单值函数温度相冋时其

9、热力学能相同.图附一中点3与点.2隘度相同因此其热力学能相同。又冈可逆定容过程的热量等热力学能增虽.因此图屮所示定容线13下而带阴影纽部 / 分的面积代表理想气体过 5d1.1附件1： ace与GBT19011-2008标准主要差异性分析程12的热力学能变化。作图方法：过点1作定羊ds =兰亘巫2作定漏线与定容线交于c =屯过程13lTxB能否I忻定质址分数也是wAwB ?答：不能，由于质量分数（份额与原尔分数的关系为eq.erX =-W. = W.可见两沖组分的质量成分Z比除与摩尔成分有关外.还与它们的摩尔质呈（或气体常数的大小有关。第4章理想气体的热力过程1. 分析气体的热力过程要解决哪些

10、问題？用什么方法解决？试以理想气体的定温过程为例说明答：分析气体的热力过程耍解抉的何题堤：揭示过程中气体的状态（参数变化规律和能纭转换的情况.进而找出影响这种转换的主耍因素.分析气体热力过程的具体方法是：将气体视同理想气体：将具体过程视为可逆过程.并突出具体过程的主耍特征.理想化为某种简单过程：利用热 力学基本原理.状态方程.过程方程.以及热力学状态坐标图进行分析和表示。对于理想气体的定濫过程,，（从略）2. 对丁理想气体的任何一种过程下列两组公式皑否都适用:答：因为理想气体的热力学能和焙为温度的单值函数.只耍温度变化相同不论经历任何过程其热力学能和焙的变化都会相冋因此.所给第一组 公式对理想

11、气体的任何过程都是适用的：但是第二组公式定分别由热力学第一定律的第一和第二表达式在可逆定容和定压条件下导出 I犬1而仅分别 适用丁可逆的定容或定压过程。就该组屮的两个公式的前一段而言适用于任何1顶g袒科阳命貳后一段所农达的关系而言则仅适用于理想气体。3. 在定容过程和定圧过程屮气体的热：a可根据过程屮气体的比热容集以温差來计篦。定隘过程气体的隘度不变.在定温彤胀过程中定否需对气体 加入热量？如果加入的话应如何计弊？答：在气体定隘膨胀过程中实际上绘需要加入热址的。定温过程中气体的比热容应为无限大.腹而不能以比热容和温度变化的乘枳来求解.垠基本 的求解关系应是热力学第一定律的基本表达式：q= Au

12、 + W.4. 过程热城q和过程功都是过程fit.都和过程的途径有关。由定温过程热fit公式可见.只耍状态参数Pl、5和V2确定了. q的数 值也确定了.是否q与途径无关？答：否.所说的定温过程热址计算公式利用理想气体状态方程.气体可逆过程的过程功dw=pdv以及过程的定温条件获得.冈此仅适用丁理想气体 的定温过程。式中的状态1和状态2都是指定隘路径上的状态.并非任总状态.这本身就确定无疑地说明热址绘过程fib而非与过程路径无关的状 态址。5. 在闭口热力系的定容过程中.外界对系统施以搅捋功& w,何这时6Q = mcvdT是否成立？答：不成立。只是在内部可逆的单纯加热过程中（即无不可逆模式功

13、存在时）才可以通过热容与温度变化的乘积来计算热址.或者原则地讲.只是 在在可逆过程屮（不存在以非可逆功模式做功的时候）才可以通过上述热址计算公式计算热量。对匸质施以搅持功时是典型的不可逆过程。6. 试说明绝热过程的过程功w和技术功皿的计篦式W = “ _“2； “；=力1 一力2 是否只限丁理想气体？是否只限F可逆绝热过程？为什么？答：以上两式仅根据绝热条件即可由热力学第一定律的第一表达式q二uF及第二表达式hPt导出.与何种匸质无关.与过程是否可逆无关,7. 试判断下列各种说法是否正确： （1）定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程：（2）绝热过程即定焰过程：（3）多变过程即任恿过程。答：膨胀功

14、（压缩功都堆容积（变化功.定容过程是一种系统比体枳不变.对控制质址或说系统容积不变的过程.因此说定容过程即无膨胀（或 压缩）功的过程是正确的： 绝热过程指的是系统不 pv“与外界交换热址的过程。系统在过程中不与外界交换热虽这仅表明过程屮系统与外界间无伴随热流的爛流存博的额外增加.实际上只是可逆口 虽牧具普遍性.但并不包括一切B4-15在.但卄为不可逆过程.由丁过程中存在熾产.則系统经历该过程后会因有娅的产生而发生 的绝热过程才定定熾过程.而不可逆的绝热过程则为熾增大的过程.故此说法不正确：多边过程是指遵循方程二常数5为某一确定的实数的那一类热力过程.这种变化规律 过程.因此说多变过程即任总过程

15、是不正确的。8.参照图4-15,试证明：ql-2-3ql-4-3 .图中12、43为定容过程.14 23为定圧过程。答：由于”卜丄7 =叫+ + *、*其屮wl-2. w43为定容过程功聲于寥：w2-3. W1Y为定压过程功零于vP 。由于A h = c f (t2 - l)q = A = c. (Q _ 儿) (1 = h = c r (r, - / J/A/?rAv2.3=Avi.49d（刃一方面.PV图上过程曲纽与横轴vZ间所夹的面枳代表过程功.显见wl-2 = w4-3 = 0： w2-3w4-3.即wl-2-3 wl-4-3）。 根据热力学第一定律：q=Auw对热力学状态参数u.应有

16、A= A= A S4-16 厳个大？若b、（:在I可可见 4-2-3 4-43 9.如图416所示.今有两个任童过程ab及aG其中b、c在同一条绝热线上。试问AUab与AUac哪一条定温线上.结果又如何？答：由丁 b、（:在同一条绝热线上.过程b（:为绝热膨胀过程.由热力学第一定律.有过程屮系统对外作膨胀功.Wbc 0.故有UbUcWlft.应有 若b、c在同一条定温线上.根抿理想气体的热力性质.则有10. T-s图上如何表示绝热过程的技术功Wt和膨胀功W?答：根据热力学第一定律.绝热过程的技术功、vt和过程功w分别应竽丁过程的焙增虽和热力学能增虽的员值.因此.在Ts图上绝热过程技术功 wt和

17、膨胀功w的表示，实际上就是过程的烤增址和热力学能增址的表示。具体方法为：（见第3童思考题11）11. 在Pv图和D图上如何判断过程屮q、w. Aus Ah的正负？答：半过程曲线分别拆向绝热纵 定容纵 定隘线的右侧时q、w、Au. Ah值为正：反Z为负.第5堂热力学第二定律1. 热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能.而热能不可能全部变为机械能。这种说法有什么不妥当？答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它彩响。所给说法中略去了 “其它影悴T的条件.因而是不妥当、不正确的。2自发过程是不可逆过程.非自发过程必为可逆过程.这一说法是否正确？答：此说法不正确.自发

18、过程具有方向性.因而必定是不可逆的；非自发过程是在一定补充条件下发生和进行的过程.虽然从理论上说來也许可以 做到可逆.但爭实上实际过程都不可逆.因为不可逆因素总是避免不了的。3. 请给“不可逆过程” 一个恰当的定义。热力过程中有哪几种不可逆因索？答：所说不可逆过程是指那种系统完成逆向变化回复到原先状态后.与其发生过相互作用的外界不能一回芟到原來状态.结果在外界遗留下了某 种变化的过程。简单地讲.不可逆过程就是那种客观上会造成某种不可恢复的变化的过程。典型的不可逆因素有：机械摩擦.有限温差下的传热.电浪自发的化学反应.扩懊混合.物质从一相溶入刃一相的过程等。I I遵循热 背热量 对于所 存在一4

19、. 试证明热力学第二定律乞种说法的竽效性：若克劳修斯说法不成立.则开尔文说法也不成立。 证：热力学第二定律的克劳修斯表述是：热不可能口发地.不付代价地从高温物体传至低温物体。 开尔文表述则为：不可能从单一热源取热便Z全部变为功而不产生其它影响。按照开尔文说法. 力学第二定律的热力发动机其原则性匸作系统应有如图4A所示的情况。假设克劳修斯说法可以违 Q2可以口发地不付代价地从地温物体传至高温物体.则应有如图4B所示的情况，在这种情况下. 示的热机系统当热机完成一个循环时.实际上低隘热源既不得到什么.也不失去什么就如冋不样.而高温热源实际上只是放出r热虽（qiQ2）.同时.热力发动机則将该热址全部

20、转变为功而不产生其它彩响.即热力学第二定律的开尔文说法不成立。匸程热力学复习思考題解答I有什么不妥当？答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它影响所给说法屮略去了“其它彭响”的条件冈而是不妥当.不正确的。2. 自发过程毘不可逆过程.非自发过程必为可逆过程.这一说法是否正确？答：此说法不正确。自发过程具有方向性.因而必定是不可逆的；非自发过程是在一定补充条件下发生和进行的过程.虽然从理论上说來也许可以 做到可逆.但爭实上实际过程都不可逆.因为不可逆因素总定避免不了的。3. 请给“不可逆过程一个恰当的定义。热力过程屮有哪儿种不可逆因素？答：所谓不可逆过程是指那种系统完成逆向变化回复到原先状态后.与其发生过相互作用的外界不能一一回复到原來状态.结果在外界遗留下了某 种变化的过程。简单地讲.不可逆过程就是那种客观上会造成某种不可恢烫的变化的过程。典型的不可逆因索有：机械摩擦.有限隘差下的传热.电阻.自发的化学反应、扩散.混氛物质从