例題工程熱力學(xué)習(xí)題復(fù)習(xí)題及答案

1、【例2-3】方程與有何不同？答：前者適用于可逆過程，因為只能計算可逆過程的功；后者適用于任何過程?！纠?-4】焓的物理意義是什么?答：焓的物理意義可以理解如下：當(dāng)工質(zhì)流進系統(tǒng)時，帶進系統(tǒng)的與熱力狀態(tài)有關(guān)的能量有內(nèi)能與流動功，而焓正是這兩種能量的和。因此,焓可以理解為工質(zhì)流動時與外界傳遞的與其熱力狀態(tài)有關(guān)的總能量。但當(dāng)工質(zhì)流不流動時，不再是流動功，但焓作為狀態(tài)參數(shù)仍然存在。此時，它只能理解為三個狀態(tài)參數(shù)的組合。熱力裝置中，工質(zhì)大都是在流動的過程中實現(xiàn)能量傳遞與轉(zhuǎn)化的，故在熱力計算中，焓比內(nèi)能應(yīng)用更廣泛，焓的數(shù)據(jù)表（圖）也更多?！纠?-5】說明熱和功的區(qū)別與聯(lián)系。答：熱和功都是能量的傳遞形式。它們

2、都是過程量，只有在過程進行時才有熱和功。熱式由于溫度不同引起的系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量交換，而功是由于溫差以外（只要是力差）的驅(qū)動力引起的系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量交換。在微觀上，熱量是物質(zhì)分子無規(guī)則運動的結(jié)果，而功是物質(zhì)分子有序運動的結(jié)果。功在任何情況下可以完全轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，而熱在不產(chǎn)生其他影響的情況下不可能完全完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。?-6】下列說法是否正確？（1） 機械能可完全轉(zhuǎn)化為熱能。而熱能卻不能完全轉(zhuǎn)化為機械能。（2） 熱機的熱效率一定小于1。（3） 循環(huán)功越大，熱效率越高。（4） 一切可逆熱機的熱效率都相等。（5） 系統(tǒng)溫度升高的過程一定是吸熱過程。（6） 系統(tǒng)經(jīng)歷不可逆過程后，熵一定增大。（7） 系

3、統(tǒng)吸熱，其熵一定增大;系統(tǒng)放熱，其熵一定減小。（8） 熵產(chǎn)大于零的過程必為不可逆過程。答：（1）對于單個過程而言，機械能可完全轉(zhuǎn)化為熱能，熱能也能完全轉(zhuǎn)化為機械能，例如定溫膨脹過程。對于循環(huán)來說，機械能可完全轉(zhuǎn)化為熱能，而熱能卻不能完全轉(zhuǎn)化為機械能。（2）熱源相同時，卡諾循環(huán)的熱效率是最高的，且小于1，所以一切惹急的熱效率均小于1。（3）循環(huán)熱效率是循環(huán)功與吸熱量之比，即熱效率不僅與循環(huán)功有關(guān)，還與吸熱量有關(guān)。因此循環(huán)功越大，熱效率不一定高。（4）可逆熱機的熱效率與其工作的熱源溫度有關(guān)，在熱源相同的情況下，一切可逆熱機的熱效率相等。（5）系統(tǒng)溫度的升高可以通過對系統(tǒng)做功來實現(xiàn)，例如系統(tǒng)的絕熱壓

4、縮過程，氣體溫度是升高的。（6），系統(tǒng)經(jīng)歷不可逆放熱過程，熵可以減小；系統(tǒng)經(jīng)歷不可逆循環(huán)，熵不變。只有孤立系統(tǒng)的熵只能增加。系統(tǒng)經(jīng)歷絕熱不可逆過程，熵一定增大。（7），而。系統(tǒng)吸熱，所以熵一定增加；系統(tǒng)放熱時，此時要比較與的大小，因此熵不一定減小。（8）熵產(chǎn)就是由于不可逆因素引起的熵增，所以熵產(chǎn)大于零的過程必為不可逆過程?！纠?-7】在絕熱膨脹過程中，工質(zhì)可對外做功，這是否違背熱力學(xué)第一定律或熱力學(xué)第二定律？答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律,絕熱膨脹時，系統(tǒng)對外所做的功來源于系統(tǒng)內(nèi)能的減小，所以不違背熱力學(xué)第一定律。絕熱可逆膨脹時，熵變?yōu)?，絕熱不可逆膨脹時，熵增加。而依據(jù)熱力學(xué)第二定律應(yīng)有：，所以不違

5、背熱力學(xué)第二定律?！纠?-8】循環(huán)熱效率公式與是否完全相同？答：前者適用于任何熱機，后者僅適用于可逆熱機?！纠?-9】根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量中只有一部分轉(zhuǎn)換為有用功，而根據(jù)熱力學(xué)第一定律，理想氣體在定溫過程中吸收的熱量，可以全部轉(zhuǎn)換為對外的有用功，兩者是否有矛盾？如何解釋？與大氣溫度相同的壓縮空氣，可以從大氣溫度下從單一熱源大氣中吸取熱量并全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，這是否違背熱力學(xué)第二定律，為什么？答：熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)是說，熱變功必須有補充條件，向低溫?zé)嵩捶艧峄蛘甙殡S有壓力、溫度的降低。理想氣體的定溫膨脹過程就是以壓力降低為補充條件的，當(dāng)壓力降低到與環(huán)境平衡時膨脹過程即終止，即這種過程不會無限連續(xù)下

6、去。要想繼續(xù)下去，必須構(gòu)成循環(huán)，這就要求向低溫?zé)嵩捶艧?。所以上述說法均不違背熱力學(xué)第二定律。 熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)可以表述為工質(zhì)從單一熱源并向外做功，必須伴隨有相應(yīng)的補償過程。壓縮空氣從大氣中吸收并做功的過程，伴隨著壓力降低的補償過程，因此吸熱做功的過程可以實現(xiàn)，但吸熱做功的過程不會永遠持續(xù)下去，一旦與大氣之間的壓力差為零，即補償條件不再存在時，向外做功也就停止了。【例2-10】正向循環(huán)中，降低冷源溫度，可提高熱效率。通常江、河、湖、?；虼髿庾鞯蜏?zé)嵩矗粲靡慌_有該循環(huán)帶動的制冷機造成一個溫度比環(huán)境溫度更低的冷源，是否可行？ 解：這種設(shè)計如圖2-1所示。要證明這種設(shè)計是否合理，只需比較工作在熱

7、源與之間熱機完成的功W與按該設(shè)計的循環(huán)凈功的大小，凈功為熱機功與熱泵功之和。熱機熱泵圖2-1 例2-10圖 工作在熱源與之間的可逆熱機完成的功為 工作在熱源與之間可逆熱機完成的功為工作在熱源與之間可逆熱泵消耗的功為又 所以 可見，即采用這種設(shè)計不會提高總功量。此外，以上計算式建立在卡諾循環(huán)基礎(chǔ)上。由于實際熱機效率均小于卡諾循環(huán)熱效率，所以，這種設(shè)計的實際循環(huán)凈功必然小于單獨熱機的循環(huán)功?！纠?-11】說明下列各式的應(yīng)用條件。（1）（2）（3）（4）（5）答：（1）閉口系統(tǒng)；（2）理想氣體可逆過程；（3）穩(wěn)流過程，無技術(shù)功；（4）穩(wěn)流系統(tǒng)；（5）穩(wěn)流系統(tǒng)，忽略動能和未能。【例2-12】在直徑為d

8、=40cm的活塞上放置=3000kg的重物，汽缸中盛有溫度為、質(zhì)量的空氣。加熱后，氣體容積增加到原容積的2倍。設(shè)大氣壓力為。求空氣的初態(tài)比體積、終態(tài)壓力和終態(tài)溫度。空氣可按理想氣體計算。解：活塞面積S為 活塞受力平衡，得。對于理想氣體，其中，得，加熱后的體積，則。加熱前后活塞受力沒有發(fā)生變化，氣體壓力沒有發(fā)生變化，。終態(tài)溫度 【例2-13】在某唧筒內(nèi)放置氣體，唧筒的活塞面積為。若將氣體加熱，則活塞抵抗了的恒壓而移動0.08m，問氣體對環(huán)境做了多少功？解：氣體抵抗恒外壓對環(huán)境做功為【例2-14】在下的體積為的一塊金屬由于受到的沖擊波而被絕熱壓縮到，試計算該金屬的、。解：因過程為絕熱壓縮，。依熱力學(xué)第一定律,有。則 【例2-15】有理想氣體自狀態(tài)、變成、，如圖2-2所示。圖2-2 例2-15圖（1） 計算沿過程所做的功。（2） 證明解（1）令A(yù)C線的斜率為K，則有（3） 證明如下:因為 所以 【例2-16】某氣體經(jīng)過一定容過程，從狀態(tài)1轉(zhuǎn)變到狀態(tài)2，