1、1第二章 习题课2一、简答题3基本概念和热力学第一定律基本概念和热力学第一定律1. 当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。2. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？是否正确？答：不正确。不可逆过程是指不论用任何方法都不能在外界不答：不正确。不可逆过程是指不论用任何方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到遗留任何变化的情
2、况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。初态。43.3.绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：整个容器。问： 空气的热力学能如何变空气的热力学能如何变化？化？ 空气是否作出了功？空气是否作出了功？ 能否在坐标图上能否在坐标图上表示此过程？为什么？表示此过程？为什么？答：（答：（1）空气绝热自由膨胀过程的热力学能不变。）空气绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上）不能在坐标图上以实线以实线表示此过
3、程，因为不是准表示此过程，因为不是准静态过程。静态过程。54.“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？的说法是否正确？答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑力功等等，如果只考虑容容积功的话，那么没有积功的话，那么没有容容积变化的积变化的过程就一定不对外作功。过程就一定不对外作功。5.试比较图试比较图1 1所示的过程所示的过程1-2与过程与过程1-a-2中下列各量中下列各量的大小：的大小：W12与与W1a2；(2)D DU12与与D DU1a2；(3)Q12与
4、与Q1a2图1 思考题5附图答：（答：（1）W1a2大。大。（2）一样大。一样大。（3）Q1a2大。大。66 6.下列说法是否正确？下列说法是否正确？ 气体膨胀时一定对外作功。气体膨胀时一定对外作功。答：答：错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。气体被压缩时一定消耗外功。气体被压缩时一定消耗外功。答：答：对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。气体膨胀时必须对其加热。气体膨胀时必须对其加热。答：答：错，比如气体向真空中
5、绝热自由膨胀，不用对其加热。错，比如气体向真空中绝热自由膨胀，不用对其加热。气体边膨胀边放热是可能的。气体边膨胀边放热是可能的。答：答：对，如多变过程，当对，如多变过程，当n大于大于k时，可实现边膨胀边放热。时，可实现边膨胀边放热。7气体边被压缩边吸入热量是不可能的。气体边被压缩边吸入热量是不可能的。答：答：错，如多变过程，当错，如多变过程，当n大于大于k时，可实现边压缩边吸热。时，可实现边压缩边吸热。对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。答：答：错，比如多变过程，当错，比如多变过程，当n大于大于1，小于，小于k时，可实现对时，可实现对工质加热
6、，其温度反而降低。工质加热，其温度反而降低。7. 7. 说明下列各式的应用条件：说明下列各式的应用条件：wuqD答：答：闭口系闭口系统统的的任何任何过程过程，任何工质。，任何工质。Dpdvuq 答：答：闭口系统的可逆过程闭口系统的可逆过程，任何工质。，任何工质。8)(1122vpvpuqD答：答：开口系统的稳定流动过程，并且技术功为零开口系统的稳定流动过程，并且技术功为零，任何工质。，任何工质。)(12vvpuqD答：答：开口系统的稳定定压流动过程，并且技术功为零；开口系统的稳定定压流动过程，并且技术功为零；或者闭口系统的或者闭口系统的可逆可逆定压过程。定压过程。9热力学第二定律热力学第二定律
7、10一、下一、下列说法是否正确？为什么？列说法是否正确？为什么？熵增大的过程熵增大的过程为不可逆过程。为不可逆过程。答：答： 不正确不正确。只有孤立系统才可以这样说。只有孤立系统才可以这样说。不可逆过程的熵变不可逆过程的熵变S无法计算无法计算。答：答：不正确不正确。S S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算。（3 3）若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的逆途径的S必大于可逆途径的必大于可逆途径的S。答；不对，S为状态参数，和过程无关，S相等。（4 4）工质
8、经历不可逆循环后工质经历不可逆循环后S0。答：答：不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。 (5) (5) 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现不可能实现。答：答：不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。11二、判断各情况的熵变二、判断各情况的熵变 （1）闭口系经历一可逆变化过程，系统与外界交换闭口系经历一可逆变化过程，系统与外界交换功量功量10kJ
9、，热量，热量-10kJ，系统熵变，系统熵变。 减少减少（2）闭口系经历一不可逆变化过程，系统与外界交换功）闭口系经历一不可逆变化过程，系统与外界交换功量量10kJ，热量，热量-10kJ，系统熵变，系统熵变。 不一定不一定（3）在一稳态稳流装置内工作的流体经历一不可逆过程在一稳态稳流装置内工作的流体经历一不可逆过程,装置作功装置作功20kJ，与外界交换热量，与外界交换热量-15kJ，流体进出口熵变，流体进出口熵变。不一定不一定 （4）在一稳态稳流装置内工作的流体，经历一可逆过程，在一稳态稳流装置内工作的流体，经历一可逆过程，装置作功装置作功20kJ，与外界交换热量，与外界交换热量-15kJ，流体
10、进出口熵变。，流体进出口熵变。（5）流体在稳态稳流的情况下按不可逆绝热变化，系统对外流体在稳态稳流的情况下按不可逆绝热变化，系统对外作功作功10kJ，此开口系统的熵变。，此开口系统的熵变。减少减少变大变大fgSSSD DD12三、简答题三、简答题1. ”循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。” 这些说法是否正确？为什么？这些说法是否正确？为什么？答：答： 不正确，不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的热效率为输出净功和
11、吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环条件下，循环输出的净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证的热效率都相等，必须保证在在相同的条件下。在相同的相同的条件下。在相同的条件条件下，不可下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。2.热力学第二定律可否表述为热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能能全部变为机械能”？答：答： 否。否。 必须保证过程结束后必须保证过程结束后对系统和外界没有造成对系统和外界没有
12、造成任何影响。任何影响。否则否则热能可以全部变为机械能，热能可以全部变为机械能，比如理想气体比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。体积发生改变了。133.系统在某过程中从热源吸热系统在某过程中从热源吸热20kJ，对外作功，对外作功25kJ，请问能否通过可请问能否通过可逆绝热过程使系统回到初态？为什么？能否通过不可逆绝热过程使系逆绝热过程使系统回到初态？为什么？能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态？统回到初态？ 答：答：否！
13、否！系统吸热熵增加。系统吸热熵增加。要使系统回到初态，新的过程必须使系要使系统回到初态，新的过程必须使系统熵减少。而可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，因而不可统熵减少。而可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，因而不可能通过一个可逆绝热过程或者一个不可逆绝热过程使系统回到初态。能通过一个可逆绝热过程或者一个不可逆绝热过程使系统回到初态。4 4. 既然能量是守恒的，那还有什么能量损失呢？既然能量是守恒的，那还有什么能量损失呢？ 答答：热力学第一定律表明能量热力学第一定律表明能量在转移和转换过程中，在转移和转换过程中，能量数量是能量数量是守恒守恒不变的。不变的。但是但是由于在能量转移和转
14、换的实际过程中不可避免地由于在能量转移和转换的实际过程中不可避免地存在各种不可逆因素，如相对运动的物体之间的摩擦以及传热过程存在各种不可逆因素，如相对运动的物体之间的摩擦以及传热过程中的温差，等等，这些不可逆因素总会造成能量转移和转换后能量中的温差，等等，这些不可逆因素总会造成能量转移和转换后能量品位的降低和做功能力的减少，而这种降低或减少不是能量数量上品位的降低和做功能力的减少，而这种降低或减少不是能量数量上的而是能量质量上的，即由可用能变成废热的不可逆损失，这就是的而是能量质量上的，即由可用能变成废热的不可逆损失，这就是热力学第二定律所揭示的另外一种意义上的能量损失。热力学第二定律所揭示的
15、另外一种意义上的能量损失。14二、计算分析题二、计算分析题151 1、 定量工质，经历了一个由四个过程组成的循环，试填定量工质，经历了一个由四个过程组成的循环，试填充下表中所缺的数据。充下表中所缺的数据。过程过程Q/kJW/kJU/kJ1-2013902-303953-40-10004-10解：求解依据：对于过程：WUQD对于循环：WQU0d过程过程Q /kJW /kJD DU /kJ1-213902-3-3953-4-10004-1-5516 2.如图某循环在如图某循环在700K的热源及的热源及400K的冷源之间工作。的冷源之间工作。试判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆试判别循环
16、是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆?net121net2 10000kJ 4000kJ14000kJWQQQWQ解：17方法1：卡诺定理卡诺定理C400K110.4286700KLhTT Ct不可能设为制冷循环设为制冷循环0400K1.33700K400KLCLTTTC 可 可能能但但不不可可逆逆net110000kJ0.712614000kJtWQ2net4000kJ0.410000kJQwtC设为热机循环设为热机循环C114000kJQ 18不可能发生。不可能发生。设为制冷循环：设为制冷循环：符合克劳修斯不等式，循环可以实现。符合克劳修斯不等式，循环可以实现。方法2：工质的热力循环工质
17、的热力循环14000kJ4000kJ10kJ/K0700K400K12121212QQQQQTTTTT 121214000kJ4000kJ10kJ/K 0700K400KQQQTTT 设为热机循环：设为热机循环：0QT 不可逆的制冷循环。不可逆的制冷循环。114000kJQ 违背克劳修斯不等式，循环不能实现。违背克劳修斯不等式，循环不能实现。19isoHRmLRSSSSD DDD方法3: 孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理 0isoSD设为热机循环。将热源、热机、冷源划为孤立系统。设为热机循环。将热源、热机、冷源划为孤立系统。111400020700HHRHQQSTTD 22400010400L
18、LRLQQSTTD 高温热源放热高温热源放热低温热源吸热低温热源吸热114000kJQ 工质在热机中循环工质在热机中循环0mSD100isoSD 违背孤立系统熵增原理，违背孤立系统熵增原理，热机循环不能实现。热机循环不能实现。设为制冷循环。热源热量的正负号与热机相反，仍取孤立系统。设为制冷循环。热源热量的正负号与热机相反，仍取孤立系统。20 10100isoHRLRSSSD DD 符合孤立系统熵增原理，符合孤立系统熵增原理，制冷循环能实现但不可逆。制冷循环能实现但不可逆。补偿补偿不够不够203.用温度为用温度为500K的恒温热源加热的恒温热源加热1atm的饱和水，使的饱和水，使之定压汽化为干饱
19、和蒸汽，求：之定压汽化为干饱和蒸汽，求：1）该过程中工质的熵变如何计算？）该过程中工质的熵变如何计算？2）过程中熵流和熵产。）过程中熵流和熵产。解：0.1MPa99.634 C2257.6kJ/kg1.3028kJ/(kg K)7.3589kJ/(kg K)417.52kJ/kg2675.14kJ/kg2257.6kJ/kgstrsshhhhr据表时1 1）由表列数据）由表列数据7.3589kJ/(kg K) 1.3028kJ/(kg K)6.0561kJ/(kg K)sssD 21212257.6kJ/kg6.0561kJ/(kg K)(99.634+273)KRsqrorsTTD 2211dddppcTvorsspTTD 因为饱和水汽化过程spp d0dppcTq且2211d6.0561kJ/(kg K)sqrssTTD 2）由闭口系熵方程fgsssD DD2f12257.6kJ/kg4.5152kJ/(kg K)500KqqrsTTTD热源热源热源gf6.0561kJ/(kg K)4.5152kJ/(kg K)1.5409kJ/(kg K)sssD D D
