第18章 熱力學(xué)第二定律

1、第十八章 熱力學(xué)第二定律一、選擇題18.1、熱力學(xué)第二定律表明 (A) 不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其它影響(B) 在一個(gè)可逆過(guò)程中,工作物質(zhì)凈吸熱等于對(duì)外作的功(C) 摩擦生熱的過(guò)程是不可逆的 (D) 熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體18.2、功與熱的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，下面的敘述不正確的是 (A) 不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從一個(gè)熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ渌矬w不發(fā)生變化(B) 可逆卡諾循環(huán)的效率最高但恒小于1(C) 功可以全部變?yōu)闊崃?，而熱量不能完全轉(zhuǎn)化為功(D) 絕熱過(guò)程對(duì)外做功，則系統(tǒng)的內(nèi)能必減少18.3、在327的高溫?zé)嵩春?7的低溫?zé)嵩撮g工作的熱

2、機(jī)，理論上的最大效率為 (A) 100% (B) 92% (C) 50% (D) 10% (E) 25%18.4、1的某種物質(zhì)由初態(tài)（）變化到末態(tài)（），其熵變?yōu)?(A) 0 (B) (C) (D) 18.5、下列結(jié)論正確的是 (A) 不可逆過(guò)程就是不能反向進(jìn)行的過(guò)程(B) 自然界的一切不可逆過(guò)程都是相互依存的(C) 自然界的一切不可逆過(guò)程都是相互獨(dú)立的，沒(méi)有關(guān)聯(lián)(D) 自然界所進(jìn)行的不可逆過(guò)程的熵可能增大可能減小二、填空題18.6、熱力學(xué)第二定律的兩種表述分別是(1) ；(2） 。18.7、第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)?它違背了 。18.8、任意宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的 ，稱(chēng)為該宏觀態(tài)的熱力學(xué)概率。18

3、.9、對(duì)于孤立體系，各個(gè)微觀狀態(tài)出現(xiàn)的概率 。18.10、熱力學(xué)第二定律表明自然界與熱現(xiàn)象有關(guān)的過(guò)程都是 。開(kāi)爾文表述表明了 過(guò)程是不可逆的，克勞修斯表述表明 過(guò)程是不可逆的。三、計(jì)算和證明題18.11、證明：等溫線與絕熱線不可能有兩個(gè)交點(diǎn)。18.12、證明：兩條絕熱線不可能相交。18.13、證明開(kāi)爾文表述與克勞修斯表述的等價(jià)性。18.14、若要實(shí)現(xiàn)一密閉絕熱的房間冷卻，是否可以將電冰箱的門(mén)打開(kāi)由電冰箱的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)？18.15、的理想氣體經(jīng)絕熱自由膨脹后體積由V變到2V，求此過(guò)程的熵變。18.16、將1Kg，的水放到的爐子上加熱，最后達(dá)到，已知水的比熱是，分別求爐子和水的熵變。18.17、用兩種

4、方法將1雙原子理想氣體的體積由V壓縮至體積為V/2；（1）等壓壓縮；（2）等溫壓縮；試計(jì)算兩種過(guò)程的熵變。18.18、1理想氣體由初態(tài)（）經(jīng)某一過(guò)程到達(dá)末態(tài)（），求熵變。18.19、“功可以完全轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不能全部轉(zhuǎn)化為功”，“熱量能從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能從低溫物體傳遞到高溫物體?！庇脽崃W(xué)第二定律判斷上述說(shuō)法是否正確？18.20、在絕熱容器中，有兩部分同種液體在等壓下混合，這兩部分質(zhì)量相等，都等于m,但初始溫度不同，分別為和，且，二者混合后達(dá)到新的平衡態(tài)，求這一混合引起的系統(tǒng)的總熵變，并證明熵是增加的（定壓比熱為常數(shù)）第十八章 熱力學(xué)第二定律習(xí)題答案一、選擇題18.1、A 1

5、8.2、C 18.3、C 18.4、C 18.5、B二、填空題18.6、（1）不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響；（2）不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。 18.7、不可能從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)橛杏霉Σ⒀h(huán)對(duì)外做功； 熱力學(xué)第二定律開(kāi)爾文表述。18.8、微觀狀態(tài)數(shù)。18.9、相同。18.10、不可逆的； 熱變功； 熱傳導(dǎo)。三、計(jì)算和證明題18.11 證明：反證法，假設(shè)絕熱線與等溫線可以有兩個(gè)交點(diǎn)A,B，等溫線與絕熱線可以構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，由絕熱過(guò)程和等溫過(guò)程特點(diǎn)知：絕熱過(guò)程與外界無(wú)熱量交換，等溫膨脹過(guò)程從熱源吸收的熱量，ABPV整個(gè)循環(huán)過(guò)程對(duì)外做功等

6、于曲線所圍的面積。所以整個(gè)循環(huán)的凈效果相當(dāng)于從單一熱源吸收熱量，并且全部用來(lái)對(duì)外做功而不產(chǎn)生其它影響，這與熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述是相矛盾的，因此，假設(shè)不正確，等溫線與絕熱線不能有兩個(gè)交點(diǎn)。18.12 證明：反證法，假設(shè)兩條絕熱線可以相交于一點(diǎn)，等溫線與絕熱線可以有一個(gè)交點(diǎn)，因此兩條絕熱線與一條等溫線可以構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，絕熱過(guò)程與外界不交換熱量，等溫膨脹過(guò)程從熱源吸收的熱量對(duì)外曲線所圍的面積的功，所以?xún)粜Ч喈?dāng)于從單一熱源吸收使之完全對(duì)外做功而不產(chǎn)生其它影響，這與熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述是相矛盾的，因此假設(shè)是錯(cuò)誤的，兩條絕熱線不能相交。18.13 證明：反證法，假設(shè)克勞修斯表述不成立，則開(kāi)爾

7、文表述也不成立?？梢约僭O(shè)熱量Q2可以自發(fā)地由低溫?zé)嵩碩2傳到高溫?zé)嵩碩1，設(shè)想卡諾熱機(jī)工作的高低溫?zé)嵩撮g，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次諢崃縌1，向低溫?zé)嵩捶艧酫2，熱機(jī)對(duì)外做功W=Q1-Q2，一次循環(huán)后凈效果相當(dāng)于從高溫?zé)嵩次鼰酫1-Q2，全部用來(lái)對(duì)外做功，低溫?zé)嵩磧粑艧釣榱?。也就是說(shuō)，系統(tǒng)從單一熱源吸收熱量用來(lái)全部對(duì)外做功而不產(chǎn)生其它影響，這與開(kāi)爾文表述不一致，所以說(shuō)兩種表述是一致的。同理，假設(shè)開(kāi)爾文表述不成立，則從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌1全部用來(lái)對(duì)外做功W=Q1，設(shè)想在高低溫?zé)嵩撮g有一部制冷機(jī)從低溫?zé)嵩次諢崃縌2，在高溫?zé)嵩捶艧酫1+Q2，一個(gè)循環(huán)后，其凈效果相當(dāng)于從低溫?zé)嵩次鼰酫2傳到高溫?zé)嵩炊?/p>

8、不產(chǎn)生其它影響，所以克勞修斯表述也不成立。 18.14 解：不可以。電冰箱制冷是由于工質(zhì)在冷凍室附近汽化帶走熱量實(shí)現(xiàn)降溫，冰箱門(mén)打開(kāi)后冷凍室溫度與房間溫度相同，與壓縮機(jī)內(nèi)的工質(zhì)溫度相同，整體上是同一個(gè)熱源，不滿(mǎn)足熱力學(xué)第二定律。即使冷凍室溫度低于房間溫度，滿(mǎn)足高低溫?zé)嵩吹囊?，但冷凍室附近帶走的熱量和壓縮機(jī)工作放出的熱量釋放到房間中，結(jié)果使房間的溫度升高不能實(shí)現(xiàn)房間溫度降低。18.15 解：絕熱自由膨脹過(guò)程 ，依熱力學(xué)第一定律 有 理想氣體，所以，系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)時(shí)溫度不變。氣體絕熱自由膨脹過(guò)程是非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，圖上無(wú)對(duì)應(yīng)的曲線，但前后兩個(gè)平衡態(tài)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在同一條等溫線上，可設(shè)計(jì)一等溫過(guò)程求兩狀態(tài)的

9、熵變。18.16 解：水在爐子上加熱是不可逆過(guò)程。設(shè)計(jì)一可逆過(guò)程：水依次與一系列溫度逐漸升高的恒溫?zé)嵩唇佑|，每接觸一次吸收熱量為。與熱源達(dá)到平衡態(tài)，水的熵增量整個(gè)過(guò)程水的熵變： 爐子為等溫放熱過(guò)程，整個(gè)過(guò)程傳遞給水的熱量爐子的熵變 系統(tǒng)的總熵變 代入數(shù)據(jù)得 18.17 解：可逆過(guò)程熵變1）等壓過(guò)程 雙原子分子熵變 =-2）等溫過(guò)程 ，18.18 解：設(shè)計(jì)可逆過(guò)程，熵是狀態(tài)量與過(guò)程無(wú)關(guān)。 （）經(jīng)等體過(guò)程達(dá)到（）態(tài)，再經(jīng)等溫過(guò)程達(dá)到（）態(tài)。 等體過(guò)程 ， 等溫過(guò)程 ， 總熵變 +18.19 解：第一種說(shuō)法是不正確的。熱量是可以全部轉(zhuǎn)化為功的，例如理想氣體作等溫膨脹的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)能不變，而吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外界做功，這并不違反熱力學(xué)第二定律，熱力學(xué)第二定律開(kāi)爾文表述：再不引起其它變化的條件下熱量不能全部變?yōu)楣Α?。理想氣體作等溫膨脹，不僅僅是熱量全部變?yōu)楣?，還引起了氣體體積的變化。第二種說(shuō)法也是不正確的。作逆向循環(huán)的卡諾機(jī)，可以把熱量從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩?，這并不違反熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：在不引起其它