1、目录绪论0 .1复习笔记0 .2课后习题详解0 .3名校考研真题详解第1章基本概念及定义1 .1复习笔记1 .2课后习题详解1 .3名校考研真题详解第2章热力学第一定律2 .1复习笔记2 .2课后习题详解2 .3名校考研真题详解第3章气体和蒸汽的性质3 .1复习笔记3 .2课后习题详解3 .3名校考研真题详解第4章气体和蒸汔的基本热力边程4 .1复习笔记4 .2课后习题详解4 .3名校考研真题详解第5章热力学第二定律5 .1复习笔记5 .2课后习题详解5 .3名校考研真题详解第6章实际气体的性质及热力学一般关系式6 .1复习笔记6 .2课后习题详解6 .3名校考研真题详解第7章气体与蒸汽的流动
2、7 .1复习笔记7 .2课后习题详解7 .3名校考研真题详解第8章压力机的热力过程8 .1复习笔记8 .2课后习题详解8 .3名校考研真题详解第9章气体动力循环9 .1复习笔记9 .2课后习题详解9 .3名校考研真题详解第1 0章蒸汽动力装置循环1 0 .1复习笔记1 0 .2课后习题详解1 0 .3名校考研真题详解第1 1章制冷循环1 1 .1复习笔记1 1 .2课后习题详解1 1 .3名校考研真题详解第1 2章理想气体混合物及湿空气1 2 .1复习笔记1 2 .2课后习题详解1 2 .3名校考研真题详解第1 3章化学热力学基础1 3 .1复习笔记1 3 .2课后习题详解1 3 .3名校考研
3、真题详解绪论0 .1复习笔记一、热能及其利用1能源的定义能源是指提供各种有效能量的物质资源。自然界中可被人们利用的能量主要有煤、石油等矿物燃料的化学能以及风能、水力能、太阳能、地热能、原子能、生物质能等。2热能的利用（1）热利用，如在冶金、化工、食品等工业和生活上应用；（2）热能的动力利用，即把热能转化成机械能或电能。二、热力学发展简史l7 6 31 7 8 4年间，英国人瓦特对当时用来带动煤矿水泵的原始蒸汽机做了重大改进，且研制成功了应用高于大气压的蒸汽和配有独立凝汽器的单缸蒸汽机，提高了蒸汽机的热效率。l8 2 4年，法国人卡诺提出了卡诺定理与卡诺循环，指出热机必须工作于不同温度的热源之间
4、，并提出了热机最高效率的概念。l8 5 0l8 5 1年间克劳修斯和汤姆逊先后独自从热量传递和热转变成功的角度提出了热力学第二定律，指明了热过程的方向性。l9 0 6年，能斯特根据低温下化学反应的大量实验事实归纳出了新的规律，并于l9 1 2年将之表述为绝对零度不能达到原理，即热力学第三定律。1 9 4 2年，凯南在热力学基础上提出有效能的概念，使人们对能源利用和节能的认识又上了一个台阶。近代能量转换新技术（如等离子发电、燃料电池等）及1 9 7 4年人们确定了作为常用制冷剂的氯氟烃物质CFC和含氢氯氟烃物质HCFC与南极臭氧层空洞的联系等问题向热力学提出了新的课题。三、工程热力学的主要内容及
5、研究方法1工程热力学的主要内容（1）基本概念与基本定律；（2）能量的转化过程；（3）常用工质的性质；（4）化学热力学等方面的有关内容。2研究方法（1）宏观的研究方法；（2）微观的研究方法。0 .2课后习题详解本章无课后习题。0 .3名校考研真题详解本章不是考研复习的重点，暂未编选名校考研真题，若有最新真题会及时更新。第1章基本概念及定义1 .1复习笔记一、热能和机械能相互转换的过程1热能动力装置（1）热能动力装置的定义热能动力装置是从燃料燃烧中得到热能以及利用热能得到动力的整套设备(包括辅助设备)。（2）热能动力装置的分类：蒸汽动力装置；燃气动力装置。2各类热能动力装置中的能量转换情况（1）蒸
6、汽动力装置中，工作介质经历吸热、膨胀、排热过程，热力学能转变成动能；（2）燃气动力装置中，燃料和助燃的气体在燃烧设备中燃烧，化学能转换成燃气的热能，燃气膨胀作功，作功后的废气排出装置同时向环境介质排热；（3）制冷装置与热泵中，装置消耗外部机械功，以实现热能由低温物体向高温物体转移。3热能动力装置工作过程（1）工质循环从热源吸热，将其中一部分转化为机械能，并把余下部分传给低温热源。（2）在制冷装置中，工质消耗外部机械功或其他形式，使热能由低温热源向高温热源转移，所消耗的机械能也转换成热能一并排向高温热更多各类考试资料 v：344647 公众号：顺通考试资料 源。二、热力系统1基本概念（1）热力系
7、统定义热力系统简称系统或体系，是作为热力学分析对象的有限物质系统。（2）外界外界是与系统发生质能交换的物体。（3）边界边界是系统和外界之间的分界面，边界可以是实际存在，也可以是假想的。2热力系统的分类根据热力系统和外界之间的能量和物质交换情况，热力系统可分为：（1）闭口系闭口系统又称闭口系，是指与外界只有能量的交换而无物质交换的热力系统。（2）开口系开口系统又称开口系、控制容积或控制体，是指与外界不仅有能量交换而且有物质交换热力系统。（3）绝热系统绝热系统又称绝热系，是指与外界间无热量交换的热力系统。（4）孤立系统孤立系统又称孤立系，是指与外界既无能量的交换又无物质交换的热力系统。（5）简单可
8、压缩系简单可压缩系是指与外界可逆功交换只有体积变化功的热力系统。热力系统还可分为均匀系、非均匀系、单相系、复相系等。三、工质的热力学状态及其基本状态参数1基本概念（1）热力学状态热力学状态简称状态，是指工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理状况。（2）状态参数状态参数是用来描述工质所处平衡状态的宏观物理量；基本状态参数是可直接用仪器测量的参数。使用最多。（3）强度量强度量是指压力和温度等与系统质量的多少无关的参数。（4）广延量广延量是指体积、热力学能、焓和熵等与系统质量成正比的参数，具有可加性。2温度（1）宏观理解当各物体的温度不同时，若相互接触，其间将有净能流传递；当温度相同时，各物
9、体之间达到热平衡（2）微观理解从微观上看，温度标志物质分子热运动的激烈程度。对于气体，它是大量分子平移动能平均值的量度，其关系式为 (1 -1 )式中：T是热力学温度；是玻耳兹曼常数；是分子移动的均方根速度。3压力（1）压力的定义压力，即压强，是单位面积上所受的垂直作用力。分子运动学说指出气体的压力是大量气体分子撞击器壁的平均结果。（2）表压力与真空度表压力或真空度是指压力计所测得的工质的真实压力(或称绝对压力)与环境介质压力之差。作为工质状态参数的压力应该是绝对压力。当工质的绝对压力大于大气压力时：当工质的绝对压力低于大气压力时：4比体积及密度（1）比体积比体积是单位质量物质所占的体积，即
10、(1 -2 )式中：v为比体积，/k g；m为物质的质量，k g；V为物质的体积，。（2）密度密度是单位体积物质的质量，单位为k g /m3，密度用符号表示，即 (1 -3 )四、平衡状态、状态方程式、坐标图1平衡状态（1）平衡状态的定义平衡状态是指如果在不受外界影响的条件下系统的状态能够始终保持不变的热力系统。（2）稳定系统与平衡系统地区别：只要系统的参数不随时间而改变，即认为系统处在稳定状态，它无须考虑参数保持不变是如何实现的；平衡状态必须是在没有外界作用下实现参数保持不变。2状态方程式（1）对于简单可压缩热力系统，当它处于平衡状态时，各部分具有相同的压力、温度和比体积等参数，且这些参数服
11、从一定的关系式，这样的关系式叫做状态方程式，即这种关系也可写作隐函数形式，即（2）理想气体的状态方程是 (1 -4 )其中：Rg是气体常数，仅与气体种类有关而与气体的状态无关；R是摩尔气体常数(以前称通用气体常数)，不仅与气体状态无关，也与气体的种类无关，R=8 .3 1 4 5 J/(mo lK)。若气体的摩尔质量为M，则R=MRg。需指出的是，状态方程式中各物理量的单位匹配：压力Pa；温度K；比体积m3 /k g，体积m3；质量k g；n mo l。3状态参数坐标图热力状态坐标图是由热力系状态参数所组成的坐标图称。常用的这类坐标图有压容(P-v )图和温熵(T-s)图等。图1 -1 压容图
12、和温熵图五、工质的状态变化过程1准平衡过程(准静态过程)（1）准平衡过程的定义准平衡过程是工质在平衡被破坏后自动回复平衡所需的弛豫时间很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态的过程。（2）实现准平衡过程的条件力的平衡气体工质和外界之间的压力差为无限小：热的平衡气体工质和外界的温差为无限小：2可逆过程（1）可逆过程的定义可逆过程是指当完成了某一过程之后，可能使工质沿相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互作用中所涉及的外界亦回复到原来状态，而不留下任何改变的热力过程。不满足上述条件的过程为不可逆过程。（2）准平衡过程和可逆过程的关系可逆过程首先应是准平衡过程，应满足热的和力的
13、平衡条件，同时在过程中不应有任何耗散效应。可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程只是可逆过程的必要条件。准平衡过程只着眼于工质内部的平衡，有无外部机械摩擦对工质内部的平衡并无关系，准平衡过程进行时可能发生能量耗散。可逆过程是分析工质与外界作用所产生的总效果，不仅要求工质内部是平衡的，而且要求工质与外界的作用可以无条件的逆复，过程进行时不存在任何能量的耗散。六、过程功和热量1功的热力学定义（1）力学中的功力学中的功是力和沿力方向位移的乘积。若在力F作用下物体发生微小位移，则力F所作的微元功为式中W表示微小功量，并不表示全微分。现设物体在力F作用下由空间某点1移动到点2，则力F所作的总功为（2）热
14、力学中的功热力学中的功是热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。由于功是热力系通过边界与外界交换的能量，所以与系统本身具有的宏观运动动能和宏观位能不同。（3）功的单位系统对外界作功取为正，而外界对系统作功取为负。我国法定计量单位中，功的单位为焦耳，用符号J表示。1 J的功相当于物体在1 N力的作用下产生lm位移时完成的功量，即单位质量的物质所作的功称为比功，单位为J/k g。若质量为m的物质完成的功为W，则比功为单位时间内完成的功称为功率，其单位为W(瓦)，即工程上还常用k W(千瓦)作为功率的单位：2可逆过程的功（1）有质量为m的气体工质在气缸中进行可逆膨胀，其变化过程由
15、图1 -2中连续曲线1 -2表示。按照功的力学定义，工质推动活塞移动距离d x时，反抗斥力所作的膨胀功为 (1 -5 )在工质从状态l到状态2的膨胀过程中，所作的膨胀功为 (1 -6 )（2）已知可逆的膨胀过程l-2的方程式P=f(V)，即可由积分求得膨胀功的数值。膨胀功在P-V图上可用过程线下方的面积l-2 -n -m-1来表示，因此P-V图也叫示功图。图1 -2 可逆过程的功如果工质是1 k g，则所作的功为 (1 -7 ) (1 -8 )过程依反向2 -1进行时，同样可得（3）功的数值不仅决定于工质的初态和终态，而且还和过程的中间途径有关。从状态1膨胀到状态2，可以经过不同的途径，所作的
16、功也是不同的。因此，功不是状态参数，是过程量，它不能表示为状态参数的函数即Wf(P，v )，w也仅是微小量，不是全微分，故用表示。（4）膨胀功或压缩功都是通过工质体积的变化而与外界交换的功，因此统称为体积变化功。式(1 -5 )及式(1 -6 )适用于计算界面包围的气体体积发生了变化，过程是可逆的时在边界上克服外力所作的功。（5）闭口系工质在膨胀过程中作的功并不能全部用来输出作有用功，若用W、W和W分别表示有用功、摩擦耗功及排斥大气功，则有 (1 -9 )由于大气压力可作定值，故 (1 -1 0 )对可逆过程，可用功简化成 (1 -1 1 )3广义功简介(1 )固体中弹性力所作的功(2 )液体
17、表面张力所作的功(3 )电极化功(4 )磁化功4过程热量（1）热量热量是热力系和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量。工程热力学中约定：体系吸热，热量为正；反之，则为负。用大写字母Q和小写字母q分别表示质量为m的工质及lk g工质在过程中与外界交换的热量。（2）热量计算式 (1 -1 2 ) (1 -1 3 )对照式(1 -5 )和式(1 -6 )可知，可逆过程的热量在T-s图上可用过程线下方的面积来表示，如图1 -3所示。（2）功和热量的相同点从对功和热量的定义可以看出，热量和功都是能量传递的度量，它们是过程量。说物系在某一状态下有多少功或多少热量是错误的，因为功和热量都不是状态参数
18、。（3）功和热量的不同点功是有规则的宏观运动能量的传递，在作功过程中往往伴随着能量形态的转化；热量是大量微观粒子杂乱热运动的能量的传递，传热过程中不出现能量形态的转化。功转变成热量是无条件的而热转变成功是有条件的。图1 -3 过程的热量七、热力循环1可逆循环和内可逆循环（1）热力循环热力循环简称循环，是指工质在经过若干过程之后，重又回到了原来的状态的一系列过程的综合。（2）可逆循环与不可逆循环可逆循环是指全部由可逆过程组成的循环，若循环中有部分过程或全部过程是不可逆的，则该循环为不可逆循环。在状态参数的平面坐标图上，可逆循环的全部过程构成一条闭合曲线。（3）内循环如果循环中系统内部的耗散效应可
19、以忽略不计，但工质与热源的传热过程存在很大的不可逆性，不能忽略。可以设想在工质与热源发生传热时有一个假想的物体处于其间，此假想物体与工质的温差无限小，即该传热过程是可逆的。工质的循环便可看成可逆循环，此循环称为内可逆循环。（4）正向循环和逆向循环正向循环是将热能转化为机械能的循环，它使外界得到功；逆向循环是将热量从低温热源传给高温热源的循环，一般逆向循环必然消耗外功。（5）循环经济性指标的原则性定义是：2正向循环正向循环也叫做热动力循环。（1）循环净功是工质沿一个循环过程所作功的代数和，即图1 -4 正向循环（2）等于循环过程中工质与热源及冷源换热量的代数和（3）正向循环热效率 （1 -1 4
20、）3逆向循环逆向循环主要应用于制冷装置和热泵。图1 -5 逆向循环（1）逆向循环时，工质在吸热前可先进行膨胀降温过程(如绝热膨胀)，使工质的温度降低到能自低温热源吸取热量；（2）在放热过程前进行压缩升温过程(如绝热压缩)，使其温度升高到能向高温热源放热。（3）制冷循环和热泵循环的用途不同，即收益不同，故其经济性指标也不同，分别用制冷系数和热泵系数(也称供热系数)表示： (1 -1 5 ) (1 -1 6 )与热效率1一样，制冷系数和热泵系数愈大，表明循环经济性愈好。1 .2课后习题详解1 -1 英制中系统采用华氏温标，它规定在标准大气压（1 0 1 3 2 5 Pa）下纯水的冰点是3 2 F，
21、汽点是2 1 2 F，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。解：由题意可知，纯水的冰点为0，汽点是1 0 0。1 -2 英制系统中，朗肯温度与华氏温度的关系为TRtF4 5 9 .6 7。已知热力学绝对温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是2 7 3 .1 5 K和4 9 1 .6 7 R；汽点的读数分别是3 7 3 .1 5 K和6 7 1 .6 7 R。（1）导出朗肯温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？解:（1）设任意温度T在朗肯温标上读数为T（R），在热力学绝对温标上读数为TK，则由题意可得：（2）由（1）可知，当T（K）0时，T（R）01 -3 设一新
22、温标，用符号N表示温度单位（它的绝对温标是用Q表示温度单位）。规定纯水的冰点和汽点分别为1 0 0 N和1 0 0 0 N。试求：（1）该新温标与摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0 N时，其绝对温标读数是多少Q？解:（1）由题意可知（2）设T（Q）T（N）C，C为常数则有据题设有当T（K）0时，有T（Q）0即有09（02 7 3 .1 5）9 0 0C得C2 3 5 8 .3 5因此有T（Q）T（N）2 3 5 8 .3 5当T（N）0时，有T（Q）2 3 5 8 .3 5 Q1 -4 直径为1 m的球形刚性容器，抽气后真空度为7 5 2 .5 mm
23、Hg，若当地大气为0 .1 0 1 MPa，求：（1）容器内绝对压力为多少Pa？（2）容器表面受力多少N？解：（1）由题意可知pp bp v0 .1 0 1 1 0 67 5 2 .5 1 3 3 .36 9 1 .7 5 Pa（2）由题意可知1 -5 用U型压力计测量容器中气体的压力，在水银柱上加一段水，测得水柱高1 0 2 0 mm，水银柱高9 0 0 mm，如图1 -1所示，若当地大气压为7 5 5 mmHg，求容器中气体的压力（MPa）。解：由图1 -1可知，图1 -1pp空p水诸p水银柱（7 5 5 1 3 3 .3）（1 0 2 0 9 .8 1）（9 0 0 1 3 3 .3）2
24、 .3 0 6 1 0 5 Pa1 -6 容器中的真空度为p v6 0 0 mmHg，气压计上水银柱高度为p b7 5 5 mm，求容器中的绝对压力（以MPa表示）。如果容器中的绝对压力不变，而气压计上水银柱高度为pb7 7 0 mm，求此时真实表上的读数（以mmHg表示）是多少？解：由题意可得绝对压力pp bp v（7 5 56 0 0）1 3 3 .30 .0 2 0 7 MPa1 5 5 mmHg若容器中绝对压力保持不变，而大气压力变为pb7 7 0 mmHg则此时真空表上的读数为pvpbp（7 7 01 5 5）mmHg6 1 5 mmHg1 -7 用斜管压力计测量锅炉烟道烟气的真空度
25、（见图1 -2）管子的倾斜角3 0 ，压力计中使用密度0 .8 1 0 3 k g /m3的煤油，斜管中液柱长度l2 0 0 mm。当地大气压力pv7 4 5 mmHg。求烟气的真空度（以mmH2 O表示）及绝对压力（以Pa表示）。图1 -2解：由题意可知，倾斜压力计上读数即为烟气的真空度得p vlg sin 0 .8 1 0 3 2 0 0 1 03 9 .8 1 0 .5 Pa8 0 9 .8 1 Pa又因为1 mmH2 O9 .8 1 Pa，所以p v8 0 9 .8 1 Pa8 0 mmH2 O绝对压力pp bp v（7 4 5 1 3 3 .3）（8 0 9 .8 1）9 .8 5
26、1 0 4 Pa1 -8 压力锅因其内部压力和温度比普通锅高，而缩短了蒸煮食物的时间。压力锅的盖子密封良好，蒸汽只能从盖子中间的缝隙逸出，在缝隙的上方有一个可移动的小柱塞，所以只有锅内蒸汽的压力超过了柱塞的压力后，蒸汽才能逸出（图1 -3）。蒸汽周期性逸出使锅内压力近似认为恒定，也防止了锅内压力过高产生的危险。若蒸汽逸出时压力锅内压力应达到2 0 1 k Pa，压力锅盖缝隙的横截面积为4 mm2，当地大气压力平均为1 0 1 k Pa，试求小柱塞的质量。图1 -3解:由题意可知，蒸汽逸出时压力锅内压力即为柱塞的压力，即有p锅p柱p bmg /A所以1 -9 容器被分隔成AB两室，如图1 -4所
27、示，已知当地大气压p b0 .1 0 1 3 MPa，气压表2读数为p e20 .0 4 MPa，气压表1的读数为p e10 .2 9 4 MPa，求气压表3的读数（用MPa表示）。图1 -4解：由题意可知p Ap bp e1p Bp bp e3p e2p Ap Bp e1p e3所以p e3p e1 p e2当p Ap B时，有p e3p e1p e20 .2 9 40 .0 40 .2 5 4 MPa当p Ap B时，有p e3p e1p e20 .2 9 40 .0 40 .3 3 4 MPa1 -1 0 起重机以每秒2 m的恒速提升总质量为4 5 0 k g的水泥块，试求所需功率。解:
28、由题意可知，当匀速提升总质量为4 5 0 k g的水泥块时，其功率PFvmg v4 5 0 9 .8 1 28 8 2 6 W1 -1 1 电阻加热器的电阻1 5 ，现在1 0 A的电流流经电阻丝，求功率。解:由题意可知PUII2 R1 0 2 1 51 5 0 0 W1 -1 2 气缸中密封有空气，初态为p 10 .2 MPa，V10 .4 m3，缓慢胀到V20 .8 m3。（1）过程中p V保持不变；（2）过程中气体先从p MPa0 .40 .5 Vm3膨胀到Va0 .6 m3，再维持压力不变，膨胀到V20 .8 m3。分别求出两过程中气体做的膨胀功。解:（1）由题设可知（2）当膨胀到Va
29、0 .6 mm3时，此时的压力p 20 .40 .5 0 .60 .1 MPa1 -1 3 某种理想气体在其状态变化过程中服从p v n常数的规律，其中n是定值，p是压力，v是比体积。试据，导出气体在该过程中做的功为解：由题意可知证毕1 -1 4 测得某汽油机气缸内燃气的压力与容积对应值如下表所示，求燃气在该膨胀过程中所做的功。表1 -1p /MPa1 .6 5 5 1 .0 6 9 0 .7 2 4 0 .5 0 0 0 .3 9 6 0 .3 1 7 0 .2 4 5 0 .1 9 3 0 .1 0 3V/cm3 1 1 4 .7 1 1 6 3 .8 7 2 4 5 .8 1 3 2 7
30、 .7 4 4 0 9 .6 8 4 9 1 .6 1 5 7 3 .5 5 6 5 5 .4 8 7 0 4 .6 4解:由表1 -1可知，缸内燃气压力波动较大，为了简化该过程，特取两状态之间的平均压力进行近似计算。所以1 -1 5 有一绝对真空的钢瓶，当阀门打开时，在大气压p 01 .0 1 3 1 0 5 Pa的作用下，有体积为0 .1 m3的空气被输入钢瓶，求大气对输入钢瓶的空气所做的功为多少？解:由题意可知Wp 0 V1 .0 1 3 1 0 5 0 .11 .0 1 3 1 0 4 J1 -1 6 某种气体在气缸中进行一缓慢膨胀过程。其体积由0 .1 m3增加到0 .2 5 m3。
31、过程中气体压力循p MPa0 .2 40 .4 Vm3变化。若过程中气缸与活塞的摩擦保持为1 2 0 0 N；当地大气压力为0 .1 MPa；气缸截面积为0 .1 m2。试求（1）气体所作的膨胀功W；（2）系统输出的有用功Wu；（3）若活塞与气缸无摩擦，系统输出的有用功Wu，re。解:（1）由题意可知（2）气体膨胀排斥大气的消耗功W1W1p b（V2V1）0 .1 （0 .2 50 .1）1 0 60 .0 1 5 1 0 6 J摩擦力消耗的功W2所以WuWW1W20 .0 2 5 5 1 0 60 .0 1 5 1 0 61 8 0 08 7 0 0 J（3）若活塞与气缸无摩擦，则有用功Wu
32、，reWu，reWW10 .0 2 5 5 1 0 60 .0 1 5 1 0 61 0 5 0 0 J1 -1 7 某蒸汽动力厂加入锅炉的每1 MW能量要从冷凝器排出0 .5 8 MW能量，同时水泵消耗0 .0 2 MW的功，求汽轮机输出功率和电厂的热效率。解：由题意可知，汽轮机的输出功率P出P出P产P水泵P冷10 .0 20 .5 80 .4 MW电厂的效率为1 -1 8 汽车发动机的热效率为3 5，车内空调器的工作性能系数为3，求每从车内排除1 k J热量消耗燃油的能量。解：由题意可知，设汽车发动机输出循环净功为W则有所以1 -1 9 据统计资料，某地各发电厂平均发1 k Wh的电耗标煤
33、3 7 2 g，若标煤的热值是2 9 3 0 8 k J/k g，试求电厂平均热效率t是多少？解:由题意可知，1 -2 0 某空调器输入功率1 .5 k W需向环境介质输出热量5 .1 k W,求空调器的制冷系数。解：由题意可得，制冷量21Pc5 .11 .53 .6 k W所以得制冷系数1 -2 1 某房间冬季通过墙壁和窗子向外散热7 0 0 0 0 k J/h，房内有两只4 0 W电灯照明，其他家电耗电约1 0 0 W，为维持房内温度不变，房主购买供暖系数为5的热泵，求热泵最小功率。解：由题意可知，热泵产生的热量Q，等于向外散热量7 0 0 0 0 k J/h与灯泡和其他家电产热量之差由供
34、暖系数5可知，热泵最小功率即1 -2 2 一所房子利用供暖系数为2 .1的热泵供暖维持2 0，据估算，室外大气温度每低于房内温度1，房子向外散热为0 .8 k W，若室外温度为1 0，求驱动热泵所需的功率。解：由题意可知，为利用供暖系数为2 .1的热泵供暖维持温为2 0，必须使热泵供暖的热量Q10 .8 k W/2 5（1 0）2 4 k W由可得，所需热泵功率1 -2 3 若某种气体的状态方程为p vRg T，现取质量1 k g的该种气体分别作两次循环，如图1 -5中循环1 -2 -3 -1和循环4 -5 -6 -4所示，设过程1 -2和过程4 -5中温度不变，都等于Ta，过程2 -3和5
35、-6中压力不变，过程3 -1和4 -6中体积不变。又设状态3和状态6温度相等，都等于Tb。试证明两个循环中，1 k g气体对外界所做的循环净功相同。图1 -5解：由题意可知，过程3 -1和4 -6中体积不变所以有W3 -1W4 -60 J过程2 -3和5 -6中压力不变所以有故W2 -3W5 -6Rg（TbTa）过程1 -2和4 -5中温度不变，即PvRg Ta所以有因此有，即循环1 -2 -3 -1的循环净功循环4 -5 -6 -4的循环净功因此两个循环由1 k g气体对外所做的循环净功相同。1 .3名校考研真题详解一、选择题1所谓真空是指（）。北京航天航空大学2 0 0 2研A表压力为零B
36、绝对压力为零C绝对压力小于当地大气压力D表压力等于当地大气压力【答案】C2准静态过程是（）。南京航空航天大学2 0 0 8研A平衡过程 B可逆过程 C不可逆过程 D无限接近平衡的过程【答案】D【解析】准静态过程指造成系统变化的不平衡势差无限小，使该系统任何时刻都无限接近于某个平衡态，可知选D。3对于理想气体，下列参数中（ ）不是温度的单值函数。湖南大学2 0 0 7研A内能B焓C比热D熵【答案】D【解析】理想气体的熵不是温度的单值函数，它还与压强、比容、气体的热力学参数有关。4若已知工质的表压力Pg0 .0 7 Mp a，环境压力Pa0 .1 Mp a。则工质的绝对压力为（）。宁波大学2 0
37、0 8年考研试题A0 .0 3 MPaB0 .1 7 MPaC0 .0 7 MPaD0 .1 MPa【答案】B【解析】工质的绝对压力=环境压力+表压力，故答案选择0 .1 7 MPa。二、填空题1状态参数中的直接测量量有_ _ _ _ _ _，不可测量量有_ _ _ _ _ _，与热力学第二定律有关的一个状态参数是_ _ _ _ _ _。天津大学2 0 0 5研【答案】p、T、V ；V、H、S；熵2工质在流过一绝热节流阀的节流过程中压力下降，此过程中参数_ _ _ _ _ _不变；当该工质为理想气体时，参数_ _ _ _ _ _也不变。北京理工大学2 0 0 7研【答案】焓；温度三、判断题1渐
38、缩喷管出口截面的压力随着背压的降低面降低，当背压降至临界压力以下时，出口截面的压力等于背压值。（）天津大学2 0 0 5研【答案】错2气体膨胀时一定对外做功，而被压缩时则一定消耗外功。（）哈尔滨工业大学2 0 0 2研【答案】错【解析】气体向真空自由膨胀的时候就不做膨胀功。3不可逆过程可以在p -V图、T-S图上表示出来。（）同济大学2 0 0 5研【答案】错【解析】准静态过程才可以在p -V图、T-S图上表示出来，但是不可逆过程不一定是准静态过程。4 .u =f(T，p )及s=f(T，v )均表示的是状态参数之间的关系式，它们都是状态方程。（）东南大学2 0 0 3研【答案】对5工质的绝对
39、压力可表达为表压力和当场大气压之和，或当场大气压减去真空度。（）南京航空航天大学2 0 0 8研【答案】对6描述理想气体受压的状态参数仅仅是气体的绝对压力。（ ）湖南大学2 0 0 7研【答案】对四、名词解释1何谓化学反应的反应热效应？西安交通大学2 0 0 4研解：系统经历一个化学反应过程，反应前后温度相等，并且只作容积变化功而无其它形式的功时，1 k mo l主要反应物或生成物所吸收或放出的热量称为反应热效应。2热能（热力学能或内能）与热量。天津大学2 0 0 5研解：热能是系统的一种储存能，它的大小取决于物质的种类以及其温度和物质的数量，通常热能就是内能。热量是系统与外界之间，穿越边界而
40、传递的一种能量形式。热量传递的动力是二者的温度差。3热效率。东南大学2 0 0 4研解：热效率是指用于做功的那部分热量与所消耗的总热量的比值。4闭口系统与开口系统。中科院中科大2 0 0 7研解：物质不能透过边界，即与外界与质量交换只能有能量交换的热力系统，称为闭口系统。物质可以透过外界，即与外界既可有质量交换又可有能量交换的热力系统，称为开口系统。闭口系统控制质量，开口系统控制空间范围。五、简答题1什么是可逆过程？经历一个不可逆过程后，系统是否还能恢复原来的状态？为什么？ 华中科技大学2 0 0 5研解：若系统在完成某一过程后，能够沿着该路径逆行而使系统及外界都回复到原来的状态，没有其他任何
41、变化，则称此过程为可逆过程，否则则为不可逆过程。经历一个不可逆过程后，系统是能够恢复到原来的状态的。所谓不可逆过程，是指完成一个过程后，系统和外界不可能同时恢复到原来的状态，所以只有系统本身恢复到原来的状态是可能的，只是包括系统和外界在内的整个系统则一定不能恢复到原来的状态。2给出“热”和“功”的定义，并分析其异同。北京航空航天大学2 0 0 5、2 0 0 6研解：热量是热力系和外界之间仅由于温度不同而通过边界传递的能量，功是热力系流通过边界而传递的能量，而全部效果可表现为举起重物。相同点：二者均为过程量，都通过边界传递.不同点：功是有规则的宏观运动能量的传递，在作功过程中往往伴随着能量形式
42、的转化；热则是大量的微观粒子杂乱热运动的能量传递，传热过程中不出现能量形式变化，功转变成热是无条件的，而热转变成功是有条件的。3对于简单可压缩系，系统只与外界交换哪一种形式的功？可逆时这种功如何计算？西安交通大学2 0 0 4研解：在简单可压缩系统中，系统只与外界交换膨胀功或压缩功。可逆时，这种功的计算式为。4试述下列各项中两个概念之间的区别：（1）闭口系统和孤立系统。（2）绝热过程和定熵过程。（3）可逆循环和逆向循环。哈尔滨工业大学2 0 0 0研解：（1）闭口系是指系统与外界没有物质交换；而孤立系统是指系统与外界之间既无物质交换也无能量交换的系统。（2）绝热过程指过程中，系统与外届没有热量
43、交换；而定熵过程是指过程中系统的熵不变。可逆的绝热过程一定是定熵过程，但不可逆的绝热过程不是定熵过程。（3）可逆过程是指系统经过一个过程后，可以使得系统和外界同时恢复到初始状态，而不引起变化的过程，而逆向过程是指过程的方向在p -V图或T-s图上是逆时针。5试述准静态过程与可逆过程的区别。同济大学2 0 0 7研解：（1）定义不同。准静态过程是一系列平衡态所组成的过程；可逆过程是如果系统完成某一热力过程后，再沿原路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化的过程。（2）要求条件不同。可逆过程要求系统与外界随时保持力平衡和热平衡，且不存在任何耗散损失，在过程中没有任何能量的不可逆
44、损失；准静态过程的条件仅限于系统内部的力平衡和热平衡，在进行中系统与外界可以有不平衡势差，也可能有耗散现象发生，只要系统内部能及时恢复平衡，其状态变化还是准静态的。（3）可逆过程是针对过程中所引起的外部效果而言的，准静态过程是针对系统内部状态变化而言的。（4）可逆过程一定是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。（5）实际过程总是在温差、压差作用下变化的，实际过程是偏离可逆过程的准静态。相同点：对于热力系统而言，两个过程都是由一系列平衡态所组成的，在p -V图上都能用连续曲线表示，都可用确定的状态参数变化描述过程。6什么是热力系统？热力系统可分为几类？大连理工大学2 0 0 4研解：通常根据研
45、究问题的需要，人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间作为热力学研究对象，这种空间内的物质的总和称为热力学系统，简称系统或体系。可分为闭口系统和开口系统；简单系统、绝热系统和孤立系统；均匀系统和非均匀系统；单元系统和多元系统等。7热量和功有什么相同的特征？两者的区别是什么？中南大学2 0 0 0研解：热量和功是能量的不同表现形式，都是与过程有关的量。其单位是相同的。区别在于表现形式的不同。8在热力学能、焓、熵、功和热量这些参数中，哪些量是状态量？哪些量是过程量？北京理工大学2 0 0 5研解：U、H、S是状态量；Q、W是过程量。9供暖使室内温度升高，室内空气的总内能是否增加？为什么？（室内气
46、压与室外大气压相同）中科院-中科大2 0 0 6研解：不增加。因一般情况下，空气可视为理想气体，温度变化不大，比热近似为常数。其比内能，状态变化，故室内空气的总内能的变化为：而供暖过程中，室内的容积不变，压力与大气压一致也不变，所以不变，故。1 0试分析下列各热力过程是否为可逆过程，如不可逆，请说明理由，若不一定可逆，说明在什么条件下可逆。南京航空航天大学2 0 0 7研（1）将热量从温度为1 0 0的热源缓慢传递给处于平衡状态的0的冰水混合物。（2）通过搅拌器作功使水保持等温的汽化过程。（3）在一绝热的气缸内进行无内、外摩擦的膨胀或压缩过程。（4）3 0的水蒸气缓慢流入一绝热容器与3 0的液
47、态水相混合。（5）在一定容积的容器中，将定量工质从2 0缓慢加热到1 2 0。解：（1）不可逆。属有限温差下的传热过程，所以不可逆。（2）不可逆。属功转热过程。（3）不一定可逆，若过程为准静过程则可逆，否则不可逆。（4）可逆。（5）不一定可逆，若热源温度随时保持与工质相同，则可逆。六、计算题1某容器被一个刚性壁分为两个部分，在容器的不同部位安装有压力表，如图1 -1所示，压力表B上的读数为7 5 k Pa，压力表C上的计数为0 .1 1 MPa。如果大气压力为9 7 k Pa，试确定压力表A上的读数以及容器两部分内气体的绝对压力。南京航空航天大学2 0 0 6研图1 -1解：由题意可知压力表中
48、显示的是表压，同时由于大气压力为9 k Pa，因此容器内1部分的绝对压力为：压力表B中读数为7 5 k Pa，因此可以得到容器内2部分的绝对压力为：因此由2部分的绝对压力和外界大气压力可以得到压力表A中的读数为：第2章热力学第一定律2 .1复习笔记一、热力学第一定律的实质1热力学第一定律的涵义热力学第一定律指出：自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭，但可以从一种形态转变为另一种形态；在能量的转换过程中能量的总量保持不变。2热力学第一定律的表述（1）热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能时，它们间的比值是一定的。（2）热可以变为功，功也可变为热；一定量的热消失时必产
49、生相应量的功，消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。二、热力学能和总能1热力学能（1）热力学能的定义热力学能包括内动能、内位能，维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能以及电磁场作用下的电磁能等。在无化学反应及原子核反应的过程中，化学能、原子核能都不变化，可以不考虑，因此热力学能的变化只是内动能和内位能的变化。（2）热力学能的表达式由于气体的热力学状态可由两个独立状态参数决定，所以热力学能一定是两个独立状态参数的函数，如： 或 ； （2 -1）2总能（1）内部储存能工质中的热力学能也叫做内部储存能（2）外部储存能工质在参考坐标系中作为一个整体，因有宏观运动速度而具有动能及因有不同高度
50、而具有位能。这两种能量称之为外部储存能。（3）总能工质的总储存能，简称总能，是指内部储存能和外部储存能的总和，即热力学能与宏观运动动能及位能的总和。若总能用E表示，动能和位能分别用和表示，则 (2 -2 )若工质的质量为m，速度为，在重力场中的高度为z，则宏观动能和重力位能分别为，工质的总能可写成 (2 -3 )lk g工质的总能，即比总能e，可写为 (2 -4 )（4）热力学能、功、热量的区别热力学能和功、热量虽然都具有能量的量纲，但它们本质上有所不同。热力学能是状态的函数，仅取决于状态，所以系统在两个平衡状态之间热力学能的变化量仅由初、终两个状态的热力学能的差值确定，与中间过程无关。功和热
