工程热力学知识考点梳理题

工程热力学知识考点梳理题姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.热力学第一定律表述为：

A.热量可以从一个物体传递到另一个物体

B.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失

C.热量总是从高温物体流向低温物体

D.热量和功的量值相等，但性质不同

答案：B

解题思路：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的应用，表述为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式。

2.热力学第二定律表述为：

A.热量可以从低温物体传递到高温物体

B.热机的效率可以达到100%

C.热量不能自发地从低温物体流向高温物体

D.热量可以自动地从高温物体传递到低温物体

答案：C

解题思路：热力学第二定律阐述了热传递的不可逆性，即热量不能自发地从低温物体流向高温物体，除非借助外力。

3.焓的定义为：

A.系统内能和体积的乘积

B.系统内能和压力的乘积

C.系统内能和温度的乘积

D.系统内能和焓值的乘积

答案：B

解题思路：焓（H）是一个热力学状态函数，其定义为系统内能（U）加上系统体积（V）和压力（P）的乘积，即H=UPV。

4.比热容的定义为：

A.单位质量物质升高1K所需吸收的热量

B.单位体积物质升高1K所需吸收的热量

C.单位热量使物质升高1K所需的质量

D.单位体积热量使物质升高1K所需的质量

答案：A

解题思路：比热容是指单位质量的物质温度升高1K所需吸收的热量，是热力学中描述物质热性质的重要参数。

5.热力学第三定律表述为：

A.系统的熵在等温等压过程中达到最大值

B.系统的熵在绝热过程中保持不变

C.系统的熵在等温等压过程中保持不变

D.系统的熵在绝热过程中达到最大值

答案：A

解题思路：热力学第三定律指出，当温度接近绝对零度时，完美晶体的熵趋于零，而在等温等压过程中，系统的熵趋于最大值。

6.热力学势的定义为：

A.系统内能和焓的差值

B.系统内能和温度的差值

C.系统内能和压力的差值

D.系统内能和比热容的差值

答案：A

解题思路：热力学势是系统的一种状态函数，常用吉布斯自由能（G）表示，定义为系统内能（U）与焓（H）之差，即G=UH。

7.热力学第二定律的克劳修斯表述为：

A.热量不可能从低温物体流向高温物体

B.热量可以从低温物体流向高温物体

C.热机不可能将热量完全转化为功

D.热机不可能将热源和冷源的温差完全转化为功

答案：A

解题思路：克劳修斯表述为热力学第二定律的一种表述形式，指出热量不能自发地从低温物体流向高温物体。

8.热力学势能的定义为：

A.系统内能和焓的差值

B.系统内能和温度的差值

C.系统内能和压力的差值

D.系统内能和比热容的差值

答案：A

解题思路：热力学势能是系统内能和焓的差值，常用吉布斯自由能（G）表示，是判断系统进行自发过程的依据。二、填空题1.热力学第一定律表达式为：ΔU=QW，其中ΔU表示系统的内能变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。

2.焓的定义为：H=UpV，其中H表示系统的焓，U表示系统的内能，p表示系统的压强，V表示系统的体积。

3.热力学第二定律的熵增原理表达式为：ΔS≥0，其中ΔS表示系统的熵变化。

4.热力学第三定律表述为：当温度趋近于绝对零度时，系统的熵趋于常数。

5.比热容的定义为：单位质量物质升高1K所需吸收的热量，单位为J/(kg·K)。

答案及解题思路：

1.答案：系统的内能变化，系统吸收的热量，系统对外做的功。

解题思路：根据热力学第一定律，ΔU表示系统的内能变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。

2.答案：系统的焓，系统的内能，系统的压强，系统的体积。

解题思路：焓的定义式H=UpV，直接代入各个符号的意义。

3.答案：系统的熵变化。

解题思路：根据热力学第二定律的熵增原理，ΔS表示系统的熵变化，且熵的变化应大于等于零。

4.答案：趋于常数。

解题思路：热力学第三定律表明，当温度趋近于绝对零度时，系统的熵将趋于一个常数，表示为绝对零度时系统的熵为零。

5.答案：J/(kg·K)。

解题思路：比热容定义为单位质量物质升高1K所需吸收的热量，其单位为焦耳每千克每开尔文（J/(kg·K)）。三、判断题1.热力学第一定律表明，能量守恒定律在热力学过程中同样适用。（√）

解题思路：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的具体表现形式。它指出，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个系统转移到另一个系统。因此，在热力学过程中，能量守恒定律是适用的。

2.焓的增加等于系统吸收的热量加上对外做的功。（×）

解题思路：根据焓的定义，焓的增加（ΔH）等于系统吸收的热量（Q）减去对外做的功（W）。因此，题目中的表述是错误的，正确的表达式应为ΔH=QW。

3.熵增加的过程是自发的过程。（×）

解题思路：熵的增加（ΔS）并不一定意味着过程是自发的。根据热力学第二定律，一个过程是否自发取决于熵的总变化（包括系统和周围环境的熵变化）。当系统的熵增加且周围环境的熵也增加，总的熵增加时，过程才是自发的。

4.热力学第二定律表明，热量不能自发地从低温物体流向高温物体。（√）

解题思路：热力学第二定律的一个表述是克劳修斯表述，它指出热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。这是热力学过程中自然方向的一个基本准则。

5.在等温过程中，系统的内能不变。（√）

解题思路：在等温过程中，系统的温度保持不变。根据热力学第一定律，内能的变化仅与温度有关。因此，在等温过程中，系统的内能保持不变。四、简答题1.简述热力学第一定律的内容和意义。

热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的体现。其内容可以表述为：在一个封闭的热力学系统中，系统的内能变化等于系统与外界交换的热量与外界对系统所做的功的和。数学表达式为ΔU=QW，其中ΔU是系统内能的变化，Q是系统吸收的热量，W是外界对系统所做的功。热力学第一定律的意义在于它揭示了能量在热力学过程中的守恒规律，为热力学分析提供了基本依据。

2.简述焓的定义和特性。

焓（H）是热力学中的一个状态函数，定义为系统内能（U）与体积（V）和压强（P）的乘积之和。其数学表达式为H=UPV。焓的特性包括：

焓是状态函数，只与系统的初始和最终状态有关，与过程无关。

焓的增加表示系统吸收了热量或者对系统做了功。

在恒压过程中，焓的变化等于系统吸收的热量。

3.简述熵的定义和特性。

熵（S）是热力学中的一个状态函数，用来描述系统的无序程度。其数学表达式为dS=δQ/T，其中δQ是系统吸收的热量，T是绝对温度。熵的特性包括：

熵是状态函数，只与系统的初始和最终状态有关，与过程无关。

熵的增加表示系统的无序程度增加。

在可逆过程中，系统的熵变等于吸收的热量除以绝对温度。

4.简述热力学第二定律的克劳修斯表述和熵增原理。

热力学第二定律的克劳修斯表述为：不可能使热量从低温物体传递到高温物体而不引起其他变化。熵增原理表明，在一个孤立系统中，熵总是趋向于增加，即孤立系统的熵不会减少。

5.简述热力学第三定律的内容和意义。

热力学第三定律指出，当温度接近绝对零度时，任何纯净物质的熵趋于零。其意义在于它为低温热力学提供了基础，并且表明在绝对零度时，系统的无序程度为零。

答案及解题思路：

1.答案：热力学第一定律的内容是能量守恒定律在热力学系统中的体现，意义在于揭示了能量在热力学过程中的守恒规律。

解题思路：首先明确热力学第一定律的定义，然后阐述其数学表达式，最后说明其意义。

2.答案：焓是系统内能、体积和压强的乘积之和，特性包括状态函数性、焓变等于系统吸收的热量等。

解题思路：首先给出焓的定义，然后列举其特性，包括状态函数性、焓变与热量的关系等。

3.答案：熵是描述系统无序程度的物理量，特性包括状态函数性、熵增表示无序程度增加等。

解题思路：首先给出熵的定义，然后阐述其特性，包括状态函数性、熵增与无序程度的关系等。

4.答案：热力学第二定律的克劳修斯表述为热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，熵增原理表明孤立系统的熵总是趋向于增加。

解题思路：首先给出热力学第二定律的克劳修斯表述，然后阐述熵增原理，包括孤立系统的熵变化趋势。

5.答案：热力学第三定律指出，当温度接近绝对零度时，任何纯净物质的熵趋于零，意义在于为低温热力学提供基础。

解题思路：首先给出热力学第三定律的内容，然后阐述其意义，包括低温热力学的基础作用。五、计算题1.已知某物体的质量为2kg，比热容为0.8kJ/(kg·K)，温度从20℃升高到80℃，计算物体吸收的热量。

解答：

物体吸收的热量\(Q\)可以通过以下公式计算：

\[Q=mc\DeltaT\]

其中，\(m\)是物体的质量，\(c\)是物体的比热容，\(\DeltaT\)是温度变化。

代入已知值：

\[Q=2\text{kg}\times0.8\text{kJ/(kg·K)}\times(80^\circ\text{C}20^\circ\text{C})\]

\[Q=2\times0.8\times60\text{kJ}\]

\[Q=96\text{kJ}\]

所以，物体吸收的热量为96kJ。

2.已知某热机的效率为30%，热源温度为300K，冷源温度为100K，计算热机从热源吸收的热量。

解答：

热机的效率\(\eta\)定义为：

\[\eta=\frac{W}{Q_H}\]

其中，\(W\)是热机做的功，\(Q_H\)是从热源吸收的热量。

由效率公式可以得出：

\[Q_H=\frac{W}{\eta}\]

热机做的功\(W\)是从热源和冷源之间的温度差决定的，但具体做功值未知，所以我们直接使用热量转换公式：

\[\eta=1\frac{T_C}{T_H}\]

其中，\(T_C\)是冷源温度，\(T_H\)是热源温度。

代入已知值：

\[0.3=1\frac{100\text{K}}{300\text{K}}\]

\[Q_H=\frac{1}{1\frac{100}{300}}\timesQ_C\]

\[Q_H=\frac{300}{200}\timesQ_C\]

由于没有具体的热量值\(Q_C\)，我们无法直接计算出\(Q_H\)，但可以知道它和\(Q_C\)的关系是\(Q_H=1.5\timesQ_C\)。

3.已知某系统的初始内能为200J，末态内能为400J，系统对外做功为100J，计算系统吸收的热量。

解答：

根据热力学第一定律，系统的内能变化等于吸收的热量加上系统对外做的功：

\[\DeltaU=QW\]

其中，\(\DeltaU\)是系统内能的变化，\(Q\)是系统吸收的热量，\(W\)是系统对外做的功。

已知初始内能为200J，末态内能为400J，系统对外做功为100J，代入公式得：

\[400\text{J}200\text{J}=Q100\text{J}\]

\[200\text{J}=Q100\text{J}\]

\[Q=200\text{J}100\text{J}\]

\[Q=100\text{J}\]

所以，系统吸收的热量为100J。

4.已知某物质的比热容为0.2kJ/(kg·K)，密度为0.6g/cm³，质量为0.2kg，温度从30℃降低到20℃，计算物质放出的热量。

解答：

物质放出的热量\(Q\)可以通过以下公式计算：

\[Q=mc\DeltaT\]

其中，\(m\)是物质的质量，\(c\)是物质的比热容，\(\DeltaT\)是温度变化。

代入已知值：

\[Q=0.2\text{kg}\times0.2\text{kJ/(kg·K)}\times(20^\circ\text{C}30^\circ\text{C})\]

\[Q=0.2\times0.2\times(10)\text{kJ}\]

\[Q=0.4\text{kJ}\]

由于放出的热量是负值，表示系统失去热量，因此放出的热量为0.4kJ。

5.已知某热力学系统的熵增为2J/K，温度为300K，计算系统做功的最大值。

解答：

根据热力学第二定律，系统在可逆过程中所做的最大功\(W_{\text{max}}\)等于系统的熵增\(\DeltaS\)乘以温度\(T\)：

\[W_{\text{max}}=\DeltaS\timesT\]

代入已知值：

\[W_{\text{max}}=2\text{J/K}\times300\text{K}\]

\[W_{\text{max}}=600\text{J}\]

所以，系统做功的最大值为600J。

答案及解题思路：

1.答案：96kJ

解题思路：使用热量计算公式\(Q=mc\DeltaT\)。

2.答案：1.5×\(Q_C\)

解题思路：使用热机效率公式\(\eta=1\frac{T_C}{T_H}\)和热量转换公式。

3.答案：100J

解题思路：使用热力学第一定律\(\DeltaU=QW\)。

4.答案：0.4kJ

解题思路：使用热量计算公式\(Q=mc\DeltaT\)。

5.答案：600J

解题思路：使用热力学第二定律\(W_{\text{max}}=\DeltaS\timesT\)。六、论述题1.论述热力学第一定律和热力学第二定律的联系与区别。

（1）热力学第一定律的联系：

热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的具体体现。

它揭示了能量在系统内部转换和传递过程中的守恒性。

（2）热力学第一定律的区别：

与热力学第二定律相比，第一定律主要关注能量的数量，即能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。

第一定律不涉及能量转换的效率或方向。

（3）热力学第二定律的联系：

热力学第二定律是关于能量转换方向和效率的定律。

它与热力学第一定律共同构成了热力学的基本原理。

（4）热力学第二定律的区别：

第二定律指出，在能量转换过程中，总有一部分能量会转化为无用的形式，如热能散失到环境中。

第二定律还涉及熵的概念，表明孤立系统的熵总是趋向于增加。

2.论述热力学第二定律在工程热力学中的应用。

（1）热机效率：

热力学第二定律是评估热机效率的理论基础。

根据卡诺定理，热机的效率取决于高温热源和低温冷源之间的温差。

（2）制冷循环：

第二定律在制冷循环中起到关键作用，指导制冷剂的循环过程。

熵增原理保证制冷过程中熵的增加是可控的。

（3）热泵系统：

热泵系统的工作原理也基于热力学第二定律，通过外部功将低温热源的热量转移到高温热源。

3.论述热力学第三定律的意义和应用。

（1）意义：

热力学第三定律指出，在绝对零度时，任何物质的熵都趋于零。

它为绝对温度的概念提供了理论依据。

（2）应用：

第三定律在低温物理学和量子统计力学中具有重要应用。

它帮助科学家理解和预测在极低温度下物质的性质和行为。

答案及解题思路：

答案：

1.热力学第一定律和热力学第二定律的联系在于它们共同构成了热力学的基本原理，区别在于第一定律关注能量数量守恒，第二定律关注能量转换的方向和效率。

2.热力学第二定律在工程热力学中的应用包括热机效率的提高、制冷循环的设计和热泵系统的工作原理。

3.热力学第三定律的意义在于提供了绝对温度的概念，应用在低温物理学和量子统计力学中。

解题思路：

1.分析热力学第一定律和第二定律的基本概念，对比它们的定义和作用。

2.结合工程热力学的实际案例，如热机、制冷循环和热泵系统，说明第二定律的应用。

3.了解热力学第三定律的基本原理，阐述其在低温物理学中的应用和意义。七、综合应用题1.某工厂有一台热机，热源温度为800K，冷源温度为300K，热机效率为40%，求热机从热源吸收的热量。

解题思路：

根据热机效率的定义，效率（η）等于从热源吸收的热量（Q_H）与所做的功（W）之比，即η=W/Q_H。由于热机所做的功等于从热源吸收的热量减去向冷源释放的热量（Q_C），即W=Q_HQ_C。根据卡诺循环效率公式，η=1(T_C/T_H)，其中T_C和T_H分别是冷源和热源的绝对温度。我们可以通过这些信息来计算从热源吸收的热量。

答案：

计算热机效率：

η=1(T_C/T_H)=1(300K/800K)=10.375=0.625或62.5%

使用效率公式求出从热源吸收的热量：

Q_H=W/η

由于没有具体的热机所做的功的数据，我们可以用Q_HQ_C=W来表示：

Q_HQ_C=Q_Hη

Q_C=Q_H(1η)

Q_H=Q_C/(1η)

如果假设热机做的功等于释放到冷源的热量，即W=Q_C，则：

Q_H=Q_C/(1η)=Q_C/(10.625)=Q_C/0.375

由于没有给出Q_C，无法直接计算Q_H，需要更多的信息。

2.某物体的质量为0.5kg，比热容为0.4kJ/(kg·K)，温度从0℃升高到100℃，求物体吸收的热量。

解题思路：

物体吸收的热量可以通过公式Q=mcΔT计算，其中Q是热量，m是