工程熱力學(xué)簡(jiǎn)答題

1、2015年工程熱力學(xué)簡(jiǎn)答題第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)。“絕熱系”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，

2、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?！爱?dāng)?shù)卮髿?/p>

3、壓”并非就是環(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?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

4、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

5、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。(a)(b)圖1-16 思考題8附圖圖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，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

6、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

7、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)。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)

8、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B隔板A自由膨脹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

9、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；容器又是絕熱的，過(guò)程的熱量，因此，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，應(yīng)有，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兩部分氣體處于熱力學(xué)平

10、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(xiě)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

11、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(xiě)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)

12、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

13、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，dW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dWt指的是系統(tǒng)的技術(shù)功；第三個(gè)公式中的dWi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。圖2-12 合流 幾股流體匯合成一股流體稱

14、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)應(yīng)有能量平衡第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。分析氣體熱力過(guò)

15、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。就該組中的兩個(gè)公式的前一段而言適用于任何工質(zhì)

16、，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

17、利用理想氣體狀態(tài)方程、氣體可逆過(guò)程的過(guò)程功，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)

18、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)式及第二表達(dá)式導(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：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

19、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Pvn = 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，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。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)

20、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：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

21、熱過(guò)程的技術(shù)功wt和過(guò)程功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“其它影響”的條件，因而是不

22、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?. 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

23、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。 高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩磮D4A 熱機(jī)循環(huán)熱機(jī)Q1Q2W0高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩磮D4B 不可能的熱機(jī)循環(huán)熱機(jī)Q1Q2W0Q2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可以自發(fā)地不付代價(jià)地從地溫物體傳至高溫物體，則應(yīng)有如圖4B

24、所示的情況。在這種情況下，對(duì)于所示的熱機(jī)系統(tǒng)當(dāng)熱機(jī)完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，實(shí)際上低溫?zé)嵩醇炔坏玫绞裁?，也不失去什么，就如同不存在一樣，而高溫?zé)嵩磳?shí)際上只是放出了熱量(Q1-Q2)，同時(shí)，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)則將該熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響，即熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文說(shuō)法不成立。5. 下述說(shuō)法是否有錯(cuò)誤： 循環(huán)凈功Wnet愈大則循環(huán)熱效率愈高； 不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率； 可逆循環(huán)的熱效率都相等，。 答：說(shuō)法不對(duì)。循環(huán)熱效率的基本定義為：，循環(huán)的熱效率除與循環(huán)凈功有關(guān)外，尚與循環(huán)吸熱量Q1的大小有關(guān)；說(shuō)法不對(duì)。根據(jù)卡諾定理，只是在“工作于同樣溫度的高溫?zé)嵩春屯瑯訙囟鹊牡蜏責(zé)嵩撮g”的條件下才能

25、肯定不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)，離開(kāi)了這一條件結(jié)論就不正確；說(shuō)法也不正確。根據(jù)卡諾定理也應(yīng)當(dāng)是在“工作于同樣溫度的高溫?zé)嵩春屯瑯訙囟鹊牡蜏責(zé)嵩撮g”的條件下才能肯定所有可逆循環(huán)的熱效率都相等，而且與工質(zhì)的性質(zhì)與關(guān)，與循環(huán)的種類無(wú)關(guān)。如果式中的溫度分別采用各自的放熱平均溫度和吸熱平均溫度則公式就是正確的，即，不過(guò)這種情況下也不能說(shuō)是“所有可逆循環(huán)的熱效率都相等”，只能說(shuō)所有可逆循環(huán)的熱效率表達(dá)方式相同。6. 循環(huán)熱效率公式和是否完全相同？各適用于哪些場(chǎng)合？答：不完全相同。前者是循環(huán)熱效率的普遍表達(dá)，適用于任何循環(huán)；后者是卡諾循環(huán)熱效率的表達(dá)，僅適用于卡諾循環(huán)，或同樣工作于溫度為T(mén)1的高溫?zé)?/p>

26、源和溫度為T(mén)2的低溫?zé)嵩撮g的一切可逆循環(huán)。7. 與大氣溫度相同的壓縮空氣可以膨脹作功，這一事實(shí)是否違反了熱力學(xué)第二定律？答：不矛盾。壓縮空氣雖然與大氣有相同溫度，但壓力較高，與大氣不處于相互平衡的狀態(tài)，當(dāng)壓縮空氣過(guò)渡到與大氣相平衡時(shí)，過(guò)程中利用系統(tǒng)的作功能力可以作功，這種作功并非依靠冷卻單一熱源，而是依靠壓縮空氣的狀態(tài)變化。況且，作功過(guò)程中壓縮空氣的狀態(tài)并不依循環(huán)過(guò)程變化。8. 下述說(shuō)法是否正確:. 熵增大的過(guò)程必定為吸熱過(guò)程： 熵減小的過(guò)程必為放熱過(guò)程； 定熵過(guò)程必為可逆絕熱過(guò)程。答：說(shuō)法不對(duì)。系統(tǒng)的熵變來(lái)源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個(gè)部分，不可逆絕熱過(guò)程中工質(zhì)并未從外界吸熱，但由于存在熵產(chǎn)工質(zhì)的熵也

27、會(huì)因而增大；說(shuō)法是對(duì)的。系統(tǒng)的熵變來(lái)源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個(gè)部分，其中熵產(chǎn)必定是正值，因而僅當(dāng)系統(tǒng)放熱，熱熵流為負(fù)值時(shí)，系統(tǒng)的熵值才可能減?。贿@種說(shuō)法原則上是不對(duì)的。系統(tǒng)的熵變來(lái)源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個(gè)部分，其中熵產(chǎn)必定是正值，對(duì)于不可逆的放熱過(guò)程，其熱熵流為負(fù)值，當(dāng)熱熵流在絕對(duì)數(shù)值上恰好與熵產(chǎn)一樣時(shí)，過(guò)程將成為定熵的。因此：可逆的絕熱過(guò)程為定熵過(guò)程，而定熵過(guò)程卻不一定是絕熱過(guò)程。9. 下述說(shuō)法是否有錯(cuò)誤： 熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程； 使系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程； 熵產(chǎn)Sg > 0的過(guò)程必為不可逆過(guò)程； 不可逆過(guò)程的熵變DS無(wú)法計(jì)算； 如果從同一初始態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑，一為可逆，另一

28、為不可逆，則、； 不可逆絕熱膨脹的終態(tài)熵大于初態(tài)熵，S2>S1，不可逆絕熱壓縮的終態(tài)熵小于初態(tài)熵S2<S1； 工質(zhì)經(jīng)過(guò)不可逆循環(huán)有；。答：說(shuō)法不正確。系統(tǒng)的熵變來(lái)源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個(gè)部分，其中熵產(chǎn)必定是正值（含零），熱熵流則可為正值，亦可為負(fù)值。當(dāng)系統(tǒng)吸熱時(shí)熱熵流為正值，即便是可逆過(guò)程（熵產(chǎn)為零）系統(tǒng)的熵也增大；此說(shuō)法與是一樣的。如果所說(shuō)的“系統(tǒng)”指的是孤立系統(tǒng)則說(shuō)法是正確的。不過(guò)實(shí)在不應(yīng)該這樣含糊“系統(tǒng)”這一概念！根據(jù)熵產(chǎn)原理，這一說(shuō)法是正確的。此說(shuō)法完全錯(cuò)誤。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要過(guò)程的初、終狀態(tài)確定了，系統(tǒng)的熵變就完全確定，與過(guò)程無(wú)關(guān)。因此，不可逆過(guò)程熵變的計(jì)算方法之一便是借助同樣初、終狀態(tài)的可逆過(guò)程來(lái)進(jìn)行計(jì)算。至于利用熵的一般關(guān)系式進(jìn)行熵變計(jì)算，它們根本就與過(guò)程無(wú)關(guān)。 根據(jù)熵為狀態(tài)參數(shù)知