工程熱力學(xué)課后答案

1、工程熱力學(xué) 沈維道主編 第四版 課后思想題答案（15章）第1章  基本概念 閉口系與外界無(wú)物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量將保持恒定，那么，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎? 答：否。當(dāng)一個(gè)控制質(zhì)量的質(zhì)量入流率與質(zhì)量出流率相等時(shí)（如穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)），系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量將保持恒定不變。 有人認(rèn)為，開(kāi)口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開(kāi)口系不可能是絕熱系。這種觀點(diǎn)對(duì)不對(duì)，為什么? 答：不對(duì)?！敖^熱系”指的是過(guò)程中與外界無(wú)熱量交換的系統(tǒng)。熱量是指過(guò)程中系統(tǒng)與外界間以熱的方式交換的能量，是過(guò)程量，過(guò)程一旦結(jié)束

2、就無(wú)所謂“熱量”。物質(zhì)并不“擁有”熱量。一個(gè)系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對(duì)物質(zhì)流開(kāi)放無(wú)關(guān)。 平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系? 答：“平衡狀態(tài)”與“穩(wěn)定狀態(tài)”的概念均指系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化，這是它們的共同點(diǎn)；但平衡狀態(tài)要求的是在沒(méi)有外界作用下保持不變；而平衡狀態(tài)則一般指在外界作用下保持不變，這是它們的區(qū)別所在。  倘使容器中氣體的壓力沒(méi)有改變，試問(wèn)安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)改變嗎？在絕對(duì)壓力計(jì)算公式 中，當(dāng)?shù)卮髿鈮菏欠癖囟ㄊ黔h(huán)境大氣壓?答：可能會(huì)的。因?yàn)閴毫Ρ砩系淖x數(shù)為表壓力，是工質(zhì)真實(shí)壓力與環(huán)境介質(zhì)壓力之差。環(huán)境介

3、質(zhì)壓力，譬如大氣壓力，是地面以上空氣柱的重量所造成的，它隨著各地的緯度、高度和氣候條件不同而有所變化，因此，即使工質(zhì)的絕對(duì)壓力不變，表壓力和真空度仍有可能變化。 “當(dāng)?shù)卮髿鈮骸辈⒎蔷褪黔h(huán)境大氣壓。準(zhǔn)確地說(shuō)，計(jì)算式中的Pb 應(yīng)是“當(dāng)?shù)丨h(huán)境介質(zhì)”的壓力，而不是隨便任何其它意義上的“大氣壓力”，或被視為不變的“環(huán)境大氣壓力”。  溫度計(jì)測(cè)溫的基本原理是什么? 答：溫度計(jì)對(duì)溫度的測(cè)量建立在熱力學(xué)第零定律原理之上。它利用了“溫度是相互熱平衡的系統(tǒng)所具有的一種同一熱力性質(zhì)”，這一性質(zhì)就是“溫度”的概念。  經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么?為什么?

4、  答：由選定的任意一種測(cè)溫物質(zhì)的某種物理性質(zhì)，采用任意一種溫度標(biāo)定規(guī)則所得到的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。由于經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)選用不同測(cè)溫物質(zhì)制作溫度計(jì)、采用不同的物理性質(zhì)作為溫度的標(biāo)志來(lái)測(cè)量溫度時(shí)，除選定的基準(zhǔn)點(diǎn)外，在其它溫度上，不同的溫度計(jì)對(duì)同一溫度可能會(huì)給出不同測(cè)定值（盡管差值可能是微小的），因而任何一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)都不能作為度量溫度的標(biāo)準(zhǔn)。這便是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的根本缺點(diǎn)。  促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么?舉例說(shuō)明。 答：分兩種不同情況：  若系統(tǒng)原本不處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各部分間存在著不平衡勢(shì)差，則在不平衡勢(shì)差的作用下，各個(gè)部分

5、發(fā)生相互作用，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化。例如，將一塊燒熱了的鐵扔進(jìn)一盆水中，對(duì)于水和該鐵塊構(gòu)成的系統(tǒng)說(shuō)來(lái)，由于水和鐵塊之間存在著溫度差別，起初系統(tǒng)處于熱不平衡的狀態(tài)。這種情況下，無(wú)需外界給予系統(tǒng)任何作用，系統(tǒng)也會(huì)因鐵塊對(duì)水放出熱量而發(fā)生狀態(tài)變化：鐵塊的溫度逐漸降低，水的溫度逐漸升高，最終系統(tǒng)從熱不平衡的狀態(tài)過(guò)渡到一種新的熱平衡狀態(tài)；  若系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)，則只有在外界的作用下（作功或傳熱）系統(tǒng)的狀態(tài)才會(huì)發(fā)生變。 圖1-16a、b所示容器為剛性容器：將容器分成兩部分。一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板。若突然抽去隔板，氣體(系統(tǒng))是否作功？設(shè)真空部分裝有許多隔板

6、，每抽去一塊隔板讓氣體先恢復(fù)平衡再抽去一塊，問(wèn)氣體(系統(tǒng))是否作功？ 上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過(guò)程是否都可在P-v圖上表示？ 答：；受剛性容器的約束，氣體與外界間無(wú)任何力的作用，氣體（系統(tǒng)）不對(duì)外界作功；  b情況下系統(tǒng)也與外界無(wú)力的作用，因此系統(tǒng)不對(duì)外界作功；   a中所示的情況為氣體向真空膨脹(自由膨脹)的過(guò)程，是典型的不可逆過(guò)程。過(guò)程中氣體不可能處于平衡狀態(tài)，因此該過(guò)程不能在P-v圖上示出；b中的情況與a有所不同，若隔板數(shù)量足夠多，每當(dāng)抽去一塊隔板時(shí)，氣體只作極微小的膨脹，因而可認(rèn)為過(guò)程中氣體始終處在一種無(wú)限接近平衡的狀

7、態(tài)中，即氣體經(jīng)歷的是一種準(zhǔn)靜過(guò)程，這種過(guò)程可以在P-v圖上用實(shí)線表示出來(lái)。  經(jīng)歷一個(gè)不可逆過(guò)程后，系統(tǒng)能否恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個(gè)系統(tǒng)能否恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)？ 答：所謂過(guò)程不可逆，是指一并完成該過(guò)程的逆過(guò)程后，系統(tǒng)和它的外界不可能同時(shí)恢復(fù)到他們的原來(lái)狀態(tài)，并非簡(jiǎn)單地指系統(tǒng)不可能回復(fù)到原態(tài)。同理，系統(tǒng)經(jīng)歷正、逆過(guò)程后恢復(fù)到了原態(tài)也并不就意味著過(guò)程是可逆的；過(guò)程是否可逆，還得看與之發(fā)生過(guò)相互作用的所有外界是否也全都回復(fù)到了原來(lái)的狀態(tài)，沒(méi)有遺留下任何變化。原則上說(shuō)來(lái)經(jīng)歷一個(gè)不可逆過(guò)程后系統(tǒng)是可能恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的，只是包括系統(tǒng)和外界在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)則一定不能恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。

8、60; 系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)和外界有什么變化？若上述正向及逆向循環(huán)中有不可逆因素，則系統(tǒng)及外界有什么變化？ 答：系統(tǒng)完成一個(gè)循環(huán)后接著又完成其逆向循環(huán)時(shí)，無(wú)論循環(huán)可逆與否，系統(tǒng)的狀態(tài)都不會(huì)有什么變化。根據(jù)可逆的概念，當(dāng)系統(tǒng)完成可逆過(guò)程（包括循環(huán)）后接著又完成其逆向過(guò)程時(shí)，與之發(fā)生相互作用的外界也應(yīng)一一回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，不遺留下任何變化；若循環(huán)中存在著不可逆因素，系統(tǒng)完成的是不可逆循環(huán)時(shí)，雖然系統(tǒng)回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，但在外界一定會(huì)遺留下某種永遠(yuǎn)無(wú)法復(fù)原的變化。 （注意：系統(tǒng)完成任何一個(gè)循環(huán)后都恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，但并沒(méi)有完成其“逆過(guò)程”，因此不存

9、在其外界是否“也恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)”的問(wèn)題。一般說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)進(jìn)行任何一種循環(huán)后都必然會(huì)在外界產(chǎn)生某種效應(yīng)，如熱變功，制冷等，從而使外界有了變化。）  工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出的功中是否要減去活塞排斥大氣功才是有用功？ 答：不需要。由于活塞也包含在系統(tǒng)內(nèi)，既然系統(tǒng)完成的是循環(huán)過(guò)程，從總的結(jié)果看來(lái)活塞并未改變其位置，實(shí)際上不存在排斥大氣的作用。 第2章   熱力學(xué)第一定律 剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如圖2-11所示。若將隔板抽去，分析容器中空氣的熱力學(xué)能如何變化？若隔板上有一小孔，氣體

10、泄漏人B中，分析A、B兩部分壓力相同時(shí)A、B兩部分氣體的比熱力學(xué)能如何變化？答:  定義容器內(nèi)的氣體為系統(tǒng)，這是一個(gè)控制質(zhì)量。  由于氣體向真空作無(wú)阻自由膨脹，不對(duì)外界作功，過(guò)程功W=0；容器又是絕熱的，過(guò)程的熱量Q=0，因此，根據(jù)熱力學(xué)第一定律Q=U+W，應(yīng)有U=0，即容器中氣體的總熱力學(xué)能不變，膨脹后當(dāng)氣體重新回復(fù)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，其比熱力學(xué)能亦與原來(lái)一樣，沒(méi)有變化；若為理想氣體，則其溫度不變。  當(dāng)隔板上有一小孔，氣體從A泄漏人B中，若隔板為良好導(dǎo)熱體，A、B兩部分氣體時(shí)刻應(yīng)有相同的溫度，當(dāng)A、B兩部分氣體壓力相同時(shí)，A、B兩

11、部分氣體處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，情況像上述作自由膨脹時(shí)一樣，兩部分氣體將有相同的比熱力學(xué)能，按其容積比分配氣體的總熱力學(xué)能；若隔板為絕熱體，則過(guò)程為A對(duì)B的充氣過(guò)程，由于A部分氣體需對(duì)進(jìn)入B的那一部分氣體作推進(jìn)功，充氣的結(jié)果其比熱力學(xué)能將比原來(lái)減少，B部分氣體的比熱力學(xué)能則會(huì)比原來(lái)升高，最終兩部分氣體的壓力會(huì)達(dá)到平衡，但A部分氣體的溫度將比B部分的低（見(jiàn)習(xí)題4-22）。  熱力學(xué)第一定律的能量方程式是否可寫成  的形式，為什么？ 答：熱力學(xué)第一定律的基本表達(dá)式是： 過(guò)程熱量 = 工質(zhì)的熱力學(xué)能變化 + 過(guò)程功

12、 第一個(gè)公式中的Pv并非過(guò)程功的正確表達(dá)，因此該式是不成立的； 熱量和功過(guò)程功都是過(guò)程的函數(shù)，并非狀態(tài)的函數(shù)，對(duì)應(yīng)于狀態(tài)1和2并不存在什么q1、q2和w1、w2；對(duì)于過(guò)程1-2并不存在過(guò)程熱量 和過(guò)程功，因此第二個(gè)公式也是不成立的。 .熱力學(xué)第一定律解析式有時(shí)寫成下列兩種形式：分別討論上述兩式的適用范圍。 答：第一個(gè)公式為熱力學(xué)第一定律的最普遍表達(dá)，原則上適用于不作宏觀運(yùn)動(dòng)的一切系統(tǒng)的所有過(guò)程；第二個(gè)表達(dá)式中由于將過(guò)程功表達(dá)成這只是對(duì)簡(jiǎn)單可壓縮物質(zhì)的可逆過(guò)程才正確，因此該公式僅適用于簡(jiǎn)單可壓縮物質(zhì)的可逆過(guò)程。 .為什么推動(dòng)功出現(xiàn)在開(kāi)口系能量方程

13、式中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中？ 答：當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，上游流體為了在下游占有一個(gè)位置，必須將相應(yīng)的下游流體推擠開(kāi)去，當(dāng)有流體流進(jìn)或流出系統(tǒng)時(shí)，上、下游流體間的這種推擠關(guān)系，就會(huì)在系統(tǒng)與外界之間形成一種特有的推動(dòng)功（推進(jìn)功或推出功）相互作用。反之，閉口系統(tǒng)由于不存在流體的宏觀流動(dòng)現(xiàn)象，不存在上游流體推擠下游流體的作用，也就沒(méi)有系統(tǒng)與外間的推動(dòng)功作用，所以在閉口系統(tǒng)的能量方程式中不會(huì)出現(xiàn)推動(dòng)功項(xiàng)。  .穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式（2-16）是否可應(yīng)用于活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)械的穩(wěn)定工況運(yùn)行的能量分析？為什么？ 答：可以。就活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)械的一個(gè)工作周期而言，其工作

14、過(guò)程雖是不連續(xù)的，但就一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間而言（機(jī)器的每一工作周期所占的時(shí)間相對(duì)很短），機(jī)器是在不斷地進(jìn)氣和排氣，因此，對(duì)于這種機(jī)器的穩(wěn)定工作情況，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的能量方程是適用的。  .開(kāi)口系實(shí)施穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，是否同時(shí)滿足下列三式 上述三式中W、Wt和Wi的相互關(guān)系是什么?答：是的，同時(shí)滿足該三個(gè)公式。 第一個(gè)公式中dU指的是流體流過(guò)系統(tǒng)時(shí)的熱力學(xué)能變化，W是流體流過(guò)系統(tǒng)的過(guò)程中對(duì)外所作的過(guò)程功；第二個(gè)公式中的Wt指的是系統(tǒng)的技術(shù)功；第三個(gè)公式中的Wi指的是流體流過(guò)系統(tǒng)時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)機(jī)器所作的內(nèi)部功。對(duì)通常的熱工裝置說(shuō)來(lái)，所謂“內(nèi)部功”與機(jī)器軸功的區(qū)別在于前者不考慮機(jī)器的

15、各種機(jī)械摩擦，當(dāng)為可逆機(jī)器設(shè)備時(shí)，兩者是相等的。從根本上說(shuō)來(lái)，技術(shù)功、內(nèi)部功均來(lái)源于過(guò)程功。過(guò)程功是技術(shù)功與流動(dòng)功（推出功與推進(jìn)功之差）的總和；而內(nèi)部功則是從技術(shù)功中扣除了流體流動(dòng)動(dòng)能和重力位能的增量之后所剩余的部分。  幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖2-12所示。工程上幾臺(tái)壓氣機(jī)同時(shí)向主氣道送氣，以及混合式換熱器等都有合流的問(wèn)題。通常合流過(guò)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(dǎo)出出口截面上焓值h3的計(jì)算式。 答：認(rèn)為合流過(guò)程是絕熱的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，系統(tǒng)不作軸功，并忽略流體的宏觀動(dòng)能和重力位能。對(duì)所定義的系統(tǒng)，由式(2-28

16、)應(yīng)有能量平衡第3章  理想氣體的性質(zhì) 怎樣正確看待“理想氣體”這個(gè)概念？在進(jìn)行實(shí)際計(jì)算時(shí)如何決定是否可采用理想氣體的一些公式？ 答：理想氣體并非實(shí)際存在的氣體。它只是通常氣體的一種抽象物，當(dāng)實(shí)際氣體壓力趨于零，比體積趨于無(wú)限大時(shí)才表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)。相對(duì)通常的壓力和溫度而言，當(dāng)實(shí)際氣體的溫度較高，壓力較低，而計(jì)算精度要求又不是太高時(shí)，可以采用理想氣體的一些公式對(duì)之進(jìn)行計(jì)算。 氣體的摩爾體積Vm是否因氣體的種類而異？是否因所處狀態(tài)不同而異？任何氣體在任意狀態(tài)下摩爾體積是否都是0.022414m3/mol？ 答：同溫同壓下，任何1摩爾氣

17、體都具有相同的容積。但是，若氣體的狀態(tài)不同，其摩爾體積并不相同，只在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的千摩爾體積才等于22.4 m3/kmol 。  摩爾氣體常數(shù)R的值是否隨氣體的種類不同或狀態(tài)不同而異？ 答：摩爾氣體常數(shù)R的值恒等于8.3143 kJ/(kmol·K)，不因氣體的種類不同或狀態(tài)不同而異。  如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為Pv = RgT，那么這種工質(zhì)比熱容、熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？ 答：理想氣體的狀態(tài)方程式為Pv = RgT，服從這一方程的氣體均屬理

18、想氣體。按照理想氣體模型，其熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)。理想氣體的比熱容與過(guò)程的性質(zhì)有關(guān)，也與溫度有關(guān)，對(duì)于一定的過(guò)程而言，理想氣體的比熱容僅是溫度的函數(shù)。  對(duì)于一種確定的理想氣體，(cp- cv)是否等于定值？cp/cv是否為定值？在不同溫度下(cp -cv)、cp/cv是否總是同一定值？ 答：根據(jù)邁耶公式，cp-cv = Rg，對(duì)于一種確定的理想氣體Rg是一常數(shù)，不因溫度變化而改變。熱容比cp/cv則不同，它與氣體的種類有關(guān)，而且，對(duì)于一種確定的理想氣體它還與氣體的溫度有關(guān)，隨溫升高而降低。 邁耶公式cp

19、- cv = Rg 是否適用于理想氣體混合物？是否適用于實(shí)際氣體？ 答：邁耶公式cp-cv = Rg也適用于理想氣體混合物，這時(shí)式中的cp 、 cv 應(yīng)是混合氣體的定壓比熱容和定容比熱容，對(duì)于質(zhì)量比熱容，應(yīng)有cp = wicp,i ， cv = wicv,i ； Rg是混合氣體的折算氣體常數(shù)，Rg = wiRg,i 。以上wi 為混合氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 邁耶公式根據(jù)理想

20、氣體的熱力學(xué)能和焓為溫度的單值函數(shù)這一性質(zhì)導(dǎo)出，不適用于實(shí)際氣體。  試論證熱力學(xué)能和焓是狀態(tài)參數(shù)。理想氣體熱力學(xué)能和焓有何特點(diǎn)？答：所謂熱力學(xué)能是指因物質(zhì)內(nèi)部分子作熱運(yùn)動(dòng)的所具有的內(nèi)動(dòng)能，分子間存在相互作用力而相應(yīng)具有的內(nèi)位能、維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能、原子核內(nèi)部的原子能，以及電磁場(chǎng)作用下的電磁能等。在無(wú)化學(xué)反應(yīng)、原子核反應(yīng)的情況下，物質(zhì)的化學(xué)能和原子核能無(wú)變化，可不予考慮，物質(zhì)的熱力學(xué)能變化僅包含內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)位能的變化。 根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論和量子理論，普遍說(shuō)來(lái)分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的內(nèi)動(dòng)能是溫度的函數(shù)，而內(nèi)位能則是溫度和比體積的函數(shù)，即物質(zhì)的熱力學(xué)能是物質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。&#

21、160;根據(jù)熱力學(xué)第一定律，工質(zhì)從狀態(tài)1經(jīng)某種熱力過(guò)程變化到狀態(tài)2時(shí)，有能量平衡關(guān)系dQ=dU+dW從另一方面說(shuō)來(lái)，當(dāng)工質(zhì)經(jīng)歷熱力循環(huán)時(shí)，應(yīng)有循環(huán)的凈熱量等于循環(huán)的凈功：ò即 如此，對(duì)于如圖所示的1a2c1和1b2c1兩個(gè)熱力循環(huán)，應(yīng)有及對(duì)比兩式，可見(jiàn) 由熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式，根據(jù)式及有及這表明積分函數(shù)dU的求積結(jié)果與路徑無(wú)關(guān)，即dU是某個(gè)狀態(tài)參數(shù)的全微分，可見(jiàn)熱力學(xué)能U為狀態(tài)參數(shù)。 氣體有兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，u或h可以表示為P和v的函數(shù)，即u = fu(P, v)。但又曾得出結(jié)論，理想氣體的熱力學(xué)能、焓只取決于溫度，這兩點(diǎn)是否矛盾？為什么？&#

22、160;答：不矛盾。根據(jù)理想氣體模型，理想氣體的分子只有內(nèi)動(dòng)能，不存在內(nèi)位能，其熱力學(xué)能僅包含內(nèi)動(dòng)能，因此其熱力學(xué)能u只是溫度的函數(shù)。焓參數(shù)h的定義為h = u+ Pv，由于理想氣體遵循狀態(tài)方程Pv = RgT，可見(jiàn)理想氣體的焓參數(shù)也僅為溫度的函數(shù)。另一方面，從狀態(tài)方程看理想氣體的溫度T應(yīng)是其壓力P和比體積v的函數(shù)，因而熱力學(xué)能u和焓參數(shù)h也可以表達(dá)為壓力P和比體積v的函數(shù)。一個(gè)狀態(tài)參數(shù)是另一個(gè)狀態(tài)參數(shù)的單值函數(shù)，這說(shuō)明兩者間具有一種特殊的同一關(guān)系，相互間不是獨(dú)立的。實(shí)際上氣體的狀態(tài)是不可能由這兩者來(lái)共同確定的，要確定氣體的狀態(tài)必須給出兩個(gè)獨(dú)立

23、參數(shù)，這是普遍的關(guān)系。  為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓、熵為零的基準(zhǔn)可以任選？理想氣體的熱力學(xué)能或焓的參照狀態(tài)通常選定哪個(gè)或哪些個(gè)狀態(tài)參數(shù)值？對(duì)理想氣體的熵又如何？ 答：由于熱工計(jì)算中通常只是需要知道工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓或熵的變化值，因此無(wú)需追究他們的絕對(duì)值，只要選定參照狀態(tài)作為基準(zhǔn)，為之確定相對(duì)值就可以了。理想氣體通常取熱力學(xué)溫度為零(0 K)，或攝氏溫度為零時(shí)(0 )的狀態(tài)作為基準(zhǔn)狀態(tài)，令此時(shí)的熱力學(xué)能和焓參數(shù)為零，以確定其它狀態(tài)下的相對(duì)值；氣體的熵參數(shù)通常取0K，0.1013MPa為參照狀態(tài)，令氣體在該狀態(tài)下的熵參數(shù)相對(duì)值為零。 &#

24、160;.氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及so的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)？ 答：這時(shí)的基準(zhǔn)狀態(tài)是熱力學(xué)溫度為零(0 K)。 在圖3-8所示T-s圖上任意可逆過(guò)程1-2的熱量如何表示？理想氣體在1和2狀態(tài)間的熱力學(xué)能變化量、焓變化量如何表示？若1-2經(jīng)過(guò)的是不可逆過(guò)程又如何？  答：對(duì)于可逆過(guò)程1-2，過(guò)程熱量可用過(guò)程曲線與橫軸s之間所夾的面積來(lái)表示；由于理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)，溫度相同時(shí)其熱力學(xué)能相同，圖附一中點(diǎn)3與點(diǎn)2溫度相同，因此其熱力學(xué)能相同。又因可逆定容過(guò)程的熱量等于熱力學(xué)能增量，因此圖中所示定容線1-3下面帶陰影線部分的面積代表理想氣體過(guò)程12的熱

25、力學(xué)能變化。 作圖方法：過(guò)點(diǎn)1作定容過(guò)程線；過(guò)點(diǎn)2作定溫線與定容線交于點(diǎn)3。定容過(guò)程13的過(guò)程線與橫軸s間所夾的面積即為過(guò)程12的熱力學(xué)能變化。 由于理想氣體的焓是溫度的單值函數(shù)，溫度相同時(shí)其焓相同，圖附二中點(diǎn)3與點(diǎn)2溫度相同，因此其焓相同。又因可逆定壓過(guò)程的熱量等于焓增量，因此圖 中所示定壓線1-3下面帶陰影線部分的面積代表理想氣體過(guò)程12的焓變化。作圖方法：過(guò)點(diǎn)1作定壓過(guò)程線；過(guò)點(diǎn)2作定溫線與定壓線交于點(diǎn)3。定壓過(guò)程13的過(guò)程線與橫軸s間所夾的面積即為過(guò)程12的焓變化。 若1-2過(guò)程為不可逆過(guò)程，則其熱量不能以過(guò)程曲線下面的面積來(lái)表示，原則上在T-s圖上表示不

26、出來(lái)。不過(guò)由于熱力學(xué)能和焓為狀態(tài)參數(shù)，1、2之間的熱力學(xué)能和焓的變化量不因過(guò)程1-2的性質(zhì)而改變，因此熱力學(xué)能和焓的變化表示方法仍如前述。 理想氣體熵變計(jì)算式(3-34a)、(3-35a)、(3-36a)、(3-37a)等是由可逆過(guò)程導(dǎo)出的，這些計(jì)算式是否可用于不可逆過(guò)程初、終態(tài)的熵變計(jì)算？為什么？ 答：可以。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要初、終狀態(tài)相同，不論經(jīng)歷何種過(guò)程工質(zhì)的熵變應(yīng)相同，因此以上4式對(duì)理想氣體的任何過(guò)程都適用。  熵的數(shù)學(xué)定義式為，比熱容的定義式為，故有。由此認(rèn)為：理想氣體的比熱容是溫度的單值的函數(shù)，所以理想氣體的熵也是溫度的單值函數(shù)。試問(wèn)這一結(jié)論

27、是否正確？若不正確，錯(cuò)在何處？ 答：此結(jié)論不正確。理想氣體的比熱容是與過(guò)程性質(zhì)有關(guān)的一個(gè)物理量，對(duì)于不同性質(zhì)的過(guò)程氣體有不同的比熱容，如定壓比熱容、定容比熱容等，因此，正確地應(yīng)該說(shuō)一定的過(guò)程中理想氣體的比熱容是溫度的單值的函數(shù)?？梢?jiàn)簡(jiǎn)單地根據(jù)比熱容的定義推斷出氣體的比熱容只是溫度的單值函數(shù)，從而熵參數(shù)也只是溫度的函數(shù)是不對(duì)的。  試判斷下列各說(shuō)法是否正確：  氣體吸熱后熵一定增大；  氣體吸熱后溫度一定升高；  氣體吸熱后熱力學(xué)能一定升高；  氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功； 

28、60;氣體壓縮時(shí)一定耗功。答：說(shuō)法正確。由系統(tǒng)（CM）的熵方程DS = Sf + Sg，根據(jù)熵產(chǎn)原理，過(guò)程的熵產(chǎn)Sg永遠(yuǎn)為正值。而系統(tǒng)吸熱時(shí)其熱熵流Sf亦為正值，故氣體吸熱后熵一定增大。說(shuō)法不正確。氣體的熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù)，氣體溫度升高時(shí)其熱力學(xué)能一定增大。由熱力學(xué)第一定律Q =U + W，即U = Q - W，U值為正或?yàn)樨?fù)要由Q 和 W共同決定，系統(tǒng)吸熱時(shí)Q雖為正值，但若系統(tǒng)對(duì)外界所的作功（正值）大于吸熱量時(shí)，其熱力學(xué)能的變化U值將有可能成為負(fù)值，這時(shí)氣體的

29、溫度將降低 說(shuō)法不正確。理由同。 說(shuō)法不正確。可逆過(guò)程中氣體的過(guò)程功為W = PdV，式中氣體的壓力為正值，氣體膨脹時(shí)dV亦為正值，故W一定等于正值氣體對(duì)外作功。但過(guò)程若不可逆，譬如氣體向真空作自由膨脹時(shí)因無(wú)需克服外力，其過(guò)程功當(dāng)為零。 說(shuō)法正確。氣體本身有壓力，令氣體壓縮，體積變小，外界必須克服氣體的壓力移動(dòng)其邊界，因而無(wú)論過(guò)程可逆與否都要外界對(duì)氣體作功。  道爾頓分壓定律和亞美格分體積定律是否適用于實(shí)際氣體混合物？ 答：不適用。所說(shuō)的兩個(gè)定律都是根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程導(dǎo)出的，應(yīng)而不適用于實(shí)際氣體混合物。 

30、; 混合氣體中如果已知兩種組分A和B的摩爾分?jǐn)?shù)xA > xB，能否斷定質(zhì)量分?jǐn)?shù)也是wA > wB？ 答：不能。由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)（份額）與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系為可見(jiàn)兩種組分的質(zhì)量成分之比除與摩爾成分有關(guān)外，還與它們的摩爾質(zhì)量（或氣體常數(shù)）的大小有關(guān)。第4章 理想氣體的熱力過(guò)程1. 分析氣體的熱力過(guò)程要解決哪些問(wèn)題？用什么方法解決？試以理想氣體的定溫過(guò)程為例說(shuō)明之。 答：分析氣體的熱力過(guò)程要解決的問(wèn)題是：揭示過(guò)程中氣體的狀態(tài)（參數(shù)）變化規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換的情況，進(jìn)而找出影響這種轉(zhuǎn)換的主要因素。 分析氣

31、體熱力過(guò)程的具體方法是：將氣體視同理想氣體；將具體過(guò)程視為可逆過(guò)程，并突出具體過(guò)程的主要特征，理想化為某種簡(jiǎn)單過(guò)程；利用熱力學(xué)基本原理、狀態(tài)方程、過(guò)程方程，以及熱力學(xué)狀態(tài)坐標(biāo)圖進(jìn)行分析和表示。 對(duì)于理想氣體的定溫過(guò)程（從略） 2.  對(duì)于理想氣體的任何一種過(guò)程,下列兩組公式是否都適用：答：因?yàn)槔硐霘怏w的熱力學(xué)能和焓為溫度的單值函數(shù)，只要溫度變化相同，不論經(jīng)歷任何過(guò)程其熱力學(xué)能和焓的變化都會(huì)相同，因此，所給第一組公式對(duì)理想氣體的任何過(guò)程都是適用的；但是第二組公式是分別由熱力學(xué)第一定律的第一和第二表達(dá)式在可逆定容和定壓條件下導(dǎo)出，因而僅分別適用于可逆的定容或定壓過(guò)程。

32、就該組中的兩個(gè)公式的前一段而言適用于任何工質(zhì)，但對(duì)兩公式后一段所表達(dá)的關(guān)系而言則僅適用于理想氣體。3. 在定容過(guò)程和定壓過(guò)程中，氣體的熱量可根據(jù)過(guò)程中氣體的比熱容乘以溫差來(lái)計(jì)算。定溫過(guò)程氣體的溫度不變，在定溫膨脹過(guò)程中是否需對(duì)氣體加入熱量？如果加入的話應(yīng)如何計(jì)算？ 答：在氣體定溫膨脹過(guò)程中實(shí)際上是需要加入熱量的。定溫過(guò)程中氣體的比熱容應(yīng)為無(wú)限大，應(yīng)而不能以比熱容和溫度變化的乘積來(lái)求解，最基本的求解關(guān)系應(yīng)是熱力學(xué)第一定律的基本表達(dá)式：q = u + w 。4. 過(guò)程熱量q和過(guò)程功都是過(guò)程量，都和過(guò)程的途徑有關(guān)。由定溫

33、過(guò)程熱量公式可見(jiàn)，只要狀態(tài)參數(shù)P1、v1和v2確定了，q的數(shù)值也確定了，是否q與途徑無(wú)關(guān)？答：否。所說(shuō)的定溫過(guò)程熱量計(jì)算公式利用理想氣體狀態(tài)方程、氣體可逆過(guò)程的過(guò)程功dw=pdv，以及過(guò)程的定溫條件獲得，因此僅適用于理想氣體的定溫過(guò)程。式中的狀態(tài)1和狀態(tài)2，都是指定溫路徑上的狀態(tài)，并非任意狀態(tài)，這本身就確定無(wú)疑地說(shuō)明熱量是過(guò)程量，而非與過(guò)程路徑無(wú)關(guān)的狀態(tài)量。 5. 在閉口熱力系的定容過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)施以攪拌功w，問(wèn)這時(shí)Q = mcvdT是否成立？ 答：不成立。只是在內(nèi)部可逆的單純加熱過(guò)程中（即無(wú)不可逆模式功存在時(shí)）才可以通過(guò)熱容與溫度變化的乘

34、積來(lái)計(jì)算熱量，或者原則地講，只是在在可逆過(guò)程中（不存在以非可逆功模式做功的時(shí)候）才可以通過(guò)上述熱量計(jì)算公式計(jì)算熱量。對(duì)工質(zhì)施以攪拌功時(shí)是典型的不可逆過(guò)程。 6. 試說(shuō)明絕熱過(guò)程的過(guò)程功w和技術(shù)功wt的計(jì)算式是否只限于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過(guò)程？為什么？答：以上兩式僅根據(jù)絕熱條件即可由熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式q=u+w及第二表達(dá)式q=h+wt導(dǎo)出，與何種工質(zhì)無(wú)關(guān)，與過(guò)程是否可逆無(wú)關(guān)。7. 試判斷下列各種說(shuō)法是否正確： (1)定容過(guò)程即無(wú)膨脹(或壓縮)功的過(guò)程； (2)絕熱過(guò)程即定熵過(guò)程； (3)多變過(guò)程即任意過(guò)程。 答

35、：膨脹功（壓縮功）都是容積（變化）功，定容過(guò)程是一種系統(tǒng)比體積不變，對(duì)控制質(zhì)量或說(shuō)系統(tǒng)容積不變的過(guò)程，因此說(shuō)定容過(guò)程即無(wú)膨脹(或壓縮)功的過(guò)程是正確的； 絕熱過(guò)程指的是系統(tǒng)不與外界交換熱量的過(guò)程。系統(tǒng)在過(guò)程中不與外界交換熱量，這僅表明過(guò)程中系統(tǒng)與外界間無(wú)伴隨熱流的熵流存在，但若為不可逆過(guò)程，由于過(guò)程中存在熵產(chǎn)，則系統(tǒng)經(jīng)歷該過(guò)程后會(huì)因有熵的產(chǎn)生而發(fā)生熵的額外增加，實(shí)際上只是可逆的絕熱過(guò)程才是定熵過(guò)程，而不可逆的絕熱過(guò)程則為熵增大的過(guò)程，故此說(shuō)法不正確； 多邊過(guò)程是指遵循方程= 常數(shù)（n為某一確定的實(shí)數(shù)）的那一類熱力過(guò)程，這種變化規(guī)律雖較具普遍性，但并不包括一切過(guò)程，

36、因此說(shuō)多變過(guò)程即任意過(guò)程是不正確的。 8.  參照?qǐng)D4-15，試證明：q1-2-3  q1-4-3 。圖中1-2、4-3為定容過(guò)程，1-4、2-3為定壓過(guò)程。答：由于其中w1-2、w4-3為定容過(guò)程功，等于零；w2-3、w1-4為定壓過(guò)程功，等于vPD。由于故（另一方面，P-v圖上過(guò)程曲線與橫軸v之間所夾的面積代表過(guò)程功，顯見(jiàn) w1-2 = w4-3 = 0；w2-3 > w4-3，即w1-2-3 > w1-4-3）。根據(jù)熱力學(xué)第一定律：q=u

37、+w對(duì)熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)u，應(yīng)有 可見(jiàn)9.  如圖4-16所示，今有兩個(gè)任意過(guò)程a -b及a -c，其中b、c在同一條絕熱線上。試問(wèn)Uab與Uac哪個(gè)大？若b、c在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？ 答：由于b、c在同一條絕熱線上，過(guò)程b-c為絕熱膨脹過(guò)程，由熱力學(xué)第一定律，有過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作膨脹功，Wbc >0，故有Ub > Uc 因此，應(yīng)有若b、c在同一條定溫線上，根據(jù)理想氣體的熱力性質(zhì)，則有10.在T-s圖上如何表示絕熱過(guò)程的技術(shù)功Wt和膨脹功W？答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，絕熱過(guò)程的技術(shù)功wt和過(guò)程

38、功w分別應(yīng)等于過(guò)程的焓增量和熱力學(xué)能增量的負(fù)值，因此，在T-s圖上絕熱過(guò)程技術(shù)功wt和膨脹功w的表示，實(shí)際上就是過(guò)程的焓增量和熱力學(xué)能增量的表示。具體方法為：（見(jiàn)第3章思考題11）11. 在P-v圖和T-s圖上如何判斷過(guò)程中q、w、u、h的正負(fù)？ 答：當(dāng)過(guò)程曲線分別指向絕熱線、定容線、定溫線的右側(cè)時(shí)q、w、u、h值為正；反之為負(fù)。第5章  熱力學(xué)第二定律1.  熱力學(xué)第二定律能否表達(dá)為：“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能?！边@種說(shuō)法有什么不妥當(dāng)？答：熱力學(xué)第二定律的正確表述應(yīng)是：熱不可能全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響。所給說(shuō)法中略去了“其它

39、影響”的條件，因而是不妥當(dāng)、不正確的。 2. 自發(fā)過(guò)程是不可逆過(guò)程，非自發(fā)過(guò)程必為可逆過(guò)程，這一說(shuō)法是否正確？ 答：此說(shuō)法不正確。自發(fā)過(guò)程具有方向性，因而必定是不可逆的；非自發(fā)過(guò)程是在一定補(bǔ)充條件下發(fā)生和進(jìn)行的過(guò)程，雖然從理論上說(shuō)來(lái)也許可以做到可逆，但事實(shí)上實(shí)際過(guò)程都不可逆，因?yàn)椴豢赡嬉蛩乜偸潜苊獠涣说摹?#160;3. 請(qǐng)給“不可逆過(guò)程”一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x。熱力過(guò)程中有哪幾種不可逆因素？ 答：所謂不可逆過(guò)程是指那種系統(tǒng)完成逆向變化回復(fù)到原先狀態(tài)后，與其發(fā)生過(guò)相互作用的外界不能一一回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，結(jié)果在外界遺留下了某種變化的過(guò)程。簡(jiǎn)單地講，不可逆過(guò)程就是那種客觀上會(huì)造成某種不可恢復(fù)的變化的過(guò)程。  典型的不可逆因素有：機(jī)械摩擦、有限溫差下的傳熱、電阻、自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散、混合、物質(zhì)從一相溶入另一相的過(guò)程等。4.  試證明熱力學(xué)第二定律各種說(shuō)法的等效性：若克勞修斯說(shuō)法不成立，則開(kāi)爾文說(shuō)法也不成立。  證：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從高溫物體傳至低溫物體。開(kāi)爾文表述則為：不可能從單一熱源取熱使之全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響。按照開(kāi)爾文說(shuō)法，遵循熱力學(xué)第二定律的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)其原則性工作系統(tǒng)應(yīng)有如圖4A所示的情況。假設(shè)克勞修斯說(shuō)法可以違背，熱量Q2