1、1闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量 保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。 2有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可 分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？ 不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热 量） ，随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。 3平衡状态与稳定状态有何区别和联系？ 平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。 4倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的 读数会改变吗？绝对压力计算公式 p=pb+pg (p pb), p= pb -
2、pv pb pg1 p2=pg2+p1 (p0q1-4-3，证毕。 9如图 4-18 所示，今有两个任意过程 ab 及 ac，b所以，q1-2-3 uac 哪个大？(2) 若 b 点及 c 点在同一条 定温线上，结果又如何？ p b p b Tbuab 与 点及 c 点在同一 条绝热线上，(1) 试问 Tca O 图 4-18 vc Oac v 图 4-18 题解依题意， bTc， T uab所以uac。 10理想气体定温过程的膨胀功等于技术功能否推广到任意气体？uab= uac。 b 点及 c 点在同一条定温线上， 若 则 h 不一定等于 u 和h， 非理想气体的u 和 wt=q从热力学第一
3、定律的第一表达式和第二表达式来看，膨胀功和技 术功分别等于 w=q 零，也不可能相等，所以理想气体定温过程的膨胀功等于技术功不能 推广到任意气体。 11下列三式的使用条件是什么？ p2v2k=p1v1k，T1v1k-1=T2v2k-1，T1 p 11 k k =T2 p 21k k使用条件是：理想气体，可逆绝热过程。 12Ts 图上如何表示绝热过程的技术功 wt 和膨胀功 w？p=0 v=04-13 在 h 的正负。 通过过程的起点划等容线（定容线） ，过程指向定容线右侧，系统u、 pv 和 Ts 图上如何判断过程 q、w、 对外作功，w0；过程指向定容线左侧，系统接收外功，w0；过程指向定压
4、线上侧，系统接收外来技术功， wth0、0。 通过过程的起点划等熵线（定熵线） ，过程指向定熵线右侧，系统 吸收热量，q0；过程指向定熵线左侧，系统释放热量，q0 的过程必为不可逆过程。 答： （1） 错。不可逆绝热过程熵也会增大。 （2） 错，不准确。不可逆放热过程，当放热引起的熵减大于不 可逆引起的熵增时（亦即当放热量大于不可逆耗散所产生的热量时） ， 它也可以表现为熵略微减少，但没有可逆放热过程熵减少那么多。 （3） 错。不可逆放热过程，当放热引起的熵减等于不可逆引起 的熵增时（亦即当放热量等于不可逆耗散所产生的热量时） ，它也可以 表现为熵没有发生变化。 （4）错。可逆吸热过程熵增大。
5、 （5）错。理由如上。可以说： “使孤立系统熵增大的过程必为不可逆过程。 ” （6）对。 5-9 下述说法是否有错误： S 不可逆S 无法计算； （2） 如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆， 则（1）不可逆过程的熵变S Sf，不可逆可逆，Sg，不可逆Sf，可逆， Sg，可逆； （3）不可逆绝 热膨胀终态熵大于 初态熵 S2S1，不可逆绝热压缩终态熵小于初态熵 S2Sg，可逆。因 为熵是状态参数，同一初始状态和同一终了状态之间的熵差保持同一 数值，与路径无关。 （3）错。不可逆绝热压缩过程的终态熵也大于初态熵，S2 0 ，因为熵是状态参数。 5-10 从点 a ds S
6、1。 （4）错。 开始有两个可逆过程：定容过程 ab 和 p 定压过程 ac，b、c 两点在同一条绝热线上（见图 534） 问 qab 和 qac 哪个大？并在 Ts 图上表示 ， 过程 ab 和 ac 及 qab 和 qac。 答： 可逆定容过程 a-b 和可逆定压过程 a-c 的逆0 图 534 bqTr0。ac v过程 c-a 以及可逆绝热线即定熵线上过程 b-c 构成一可逆循环， 它们围 成的面积代表了对外作功量，过程 a-b 吸热，过程 c-a 放热，根据热力 qa-b学第一定律，必然有，才能对外输出净功。也就是， qc-aqa-bqa-c。 图中，qa-b 为 absbsaa 围成
7、的面积，qa-c 为 acsbsaa 围成的面积。 5-11 某种理想气体由同一初态经可逆绝热 压缩和不可逆绝热压缩两种过程，将气体压 缩到相同的终压，在 pv 图上和 Ts 图上 画出两过程，并在 Ts 图上示出两过程的 技术功及不可逆过程的火用损失。 答：见图。 T p1 T1不可逆 可逆Tbc a sa sb 10 题图 sp p1 T1可逆 不可逆p2p2s1s2s 11 题图v5-12 孤立系统中进行了（1）可逆过程； （2）不可逆过程，问孤立系统 的总能、总熵、总火用各如何变化？ 答： （1）孤立系统中进行了可逆过程后，总能、总熵、总火用都不变。 （2）孤立系统中进行了不可逆过程后
8、，总能不变，总熵、总火用都 发生变化。 5-13 例 512 中氮气由 0.45MPa、 310K 可逆定温膨胀变化到 0.11MPa、310K，w12，max=w=129.71 kJ/kg，但根据最大有用功的概念，膨胀功 减去排斥大气功（无用功）才等于有用功，这里是否有矛盾？ 答：没有矛盾。 5-14 下列命题是否正确？若正确，说明理由；若错误，请改正。 （1）成熟的苹果从树枝上掉下， 通过与大气、地面的摩擦、 碰撞， 苹果的势能转变为环境介质的热力学能， 势能全部是火用， 全部转变为 火无。 （2）在水壶中烧水，必有热量散发到环境大气中，这就是火无，而 使水升温的那部分称之为火用。 （3）
9、一杯热水含有一定的热量火用，冷却到环境温度，这时的热量 就已没有火用值。 （4）系统的火用只能减少不能增加。 （5）任一使系统火用增加的过程必然同时发生一个或多个 使火用减 少的过程。5-15 闭口系统绝热过程中， 系统由初态 1 变化到终态 2， w=u1u2。 则 考虑排斥大气作功，有用功为 wu= u1u2p0(v1v2)，但据火用的概念 系统由初态 1 变化到终态 2 可以得到的最大有用功即为热力学能火用差： wu,max=ex,U1exU2= u1u2T0(s1s2)p0(v1v2)。 为什么系统由初态 1 可逆变化到终态 2 得到的最大有用功反而小于系统由初态 1 不可逆变 化到终
10、态 2 得到的有用功小？两者为什么不一致？P170 5-1 t=268 . 15 20 293 . 15 273 . 15 T 2 T1 T1 =11.726Q2=t t1 Q1 1 11 .11 . 726 726104=22867.99kJ/h2.511.726)=2244.23kJ/h=0.623kW104/(0.95t)=2.5N=W/95%=Q1/(0.95 104kJ/h= 6.944kW 5-2 不采用回热 p2=p1=0.1MPa, T4=T1=300K, T3=T2=1000K,N 电炉= Q1=2.5 (1000-300)=702.8kJ/kgq23=400kJ/kg, q
11、12=cp(T2-T1)=1.004 (300-1000)=-702.8kJ/kg q23=RT2ln(p2/p3),q34=cp(T4-T3)=1.004 q41=-T1 q23/T2=q41=RT1ln(p4/p1)=RT1ln(p3/p2)= -RT1ln(p2/p3) / (702.8+400) =-702.8-120/ (q12+q23) =1-q41+q34t=1-400/1000=-120kJ/kg -300 /400=0.70 5-3-120/q23) =1-q41r=1-q12 0.2539 采用极限回热，过程 34 放热回热给过程 12，q34 如图所示，如果两条绝热线可以
12、相交，则令绝 热线 s1、s2 交于 a 点，过 b、c 两点作等压线分 别与绝热线 s1、s2 交于 b、c 点。于是，过程 bc、ca、ab 组成一闭合循环回路，沿此回路可 进行一可逆循环，其中过程 ca、ab 均为可逆绝 热过程， 只有定压过程 bc 为吸热过程， 而循环 回路围成的面积就是对外净输出功。显然，这 构成了从单一热源吸热并将之全部转变为机 械能的热力发动机循环，是违反热力学第二定律的。kp b c s2 s1 av 5-3 题图2T 1 T 5-4 (1) p1=p2 1 1 .4 1500 1 k 300 =27.95MPa 0 .1 1 .4(2) 见图。 (3) q3
13、1=cp(T1-T3)=k k 1R(T1-T2), q23=T1RT2ln(p2/p3)= RT2ln(p2/p1) 3 2 s 5-4 题图RT 300 1 0 .1 27 .95 ln 1 .4 1 .4 300 11 p2 p1 k k 12 ln t=1-q 23 q 31 T 2 T1 R 1500=0.5976 5-5 (1) c= 0 . 71 , 290 1000 1c=1T0 T1 100=140kJ (2) 0.40tQ1=3.5Wnet=QH= 360 360 T0 TH T H 290=5.14100=365.14kJ (3)0.71cQ1=5.14ccWnet,c=
14、QH,c= 此复合系统虽未消耗机械功，但由高温热源放出热量 Q1 作为 代价， 使得部分热量从低温热源 T0 传到较高温热源 TH， 因此并不违背 热力学第二定律。 5-6 300 2000 1c=1T2 T1 =0.851=0.85kJ， 可能作出的最大功为 0.85kJ，cQ1=0.85(1) W= 所以这 种情形是不可能实现的。 (2) 2=1.70kJ，Q2=Q1-W=2-1.70=0.30kJ，所以这种cQ1=0.85 W=情形有实现的可能（如果自然界存在可逆过程的话） ，而且是 可逆循环。 (3) Q c=1.5/0.85= 1.765kJ，1, c=Wnet/ 1=Wnet+Q2
15、=1.5+0.5=2.0kJQ1, Qc,此循环可以实现，且耗热比可逆循环要多，所以是不可逆循环。1.实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么？在什么条 件下才可以把实际气体作理想气体处理？ 答：差异产生的原因就是理想气体忽略了分子体积与分子间作用力。当 p0 时，实际气体成为理想气体。实际情况是当实际气体距离 其液态较远时，分子体积与分子间作用力的影响很小，可以把实际气 体当作理想气体处理。 2. 压缩因子 Z 的物理意义怎么理解？能否将 Z 当作常数处理？ 答： 由于分子体积和分子间作用力的影响， 实际气体的体积与同样 状态下的理想气体相比，发生了变化。变化的比例就是压缩因子。Z 不
16、能当作常数处理。 3. 范德瓦尔方程的精度不高，但是在实际气体状态方程的研究中范 德瓦尔方程的地位却很高，为什么？ 答： 范德瓦尔方程是第一个实际气体状态方程， 在各种实际气体状 态方程中它的形式最简单；它较好地定性地描述了实际气体的基本特 征；其它半理论半经验的状态方程都是沿范德瓦尔方程前进的。 4. 范德瓦尔方程中的物性常数 a 和 b 可以由实验数据拟合得到，也 可以由物质的 Tcr、pcr、vcr 计算得到，需要较高的精度时应采用哪种方法，为什么？ 答： 实验数据来自于实际， 而范德瓦尔临界压缩因子与实际的压缩 因子误差较大，所以由试验数据拟合得到的接近于实际。 5. 如何看待维里方程
17、？一定条件下维里系数可以通过理论计算，为 什么维里方程没有得到广泛应用？ 答： 维里方程具有坚实的理论基础， 各个维里系数具有明确的物理 意义，并且原则上都可以通过理论计算。但是第四维里系数以上的高 级维里系数很难计算， 三项以内的维里方程已在 BWR 方程、MH 方程 中得到了应用， 故在计算工质热物理性质时没有必要再使用维里方程， 而是在研究实际气体状态方程时有所应用。 6. 什么叫对应态定律？为什么要引入对应态定律？什么是对比参 数？ 答： 在相同的对比态压力和对比态温度下， 不同气体的对比态比体 积必定相同。引入对应态原理，可以使我们在缺乏详细资料的情况下， 能借助某一资料充分的参考流
18、体的热力性质来估算其它流体的性质。 某气体状态参数与其临界参数的比值称为热力对比参数。 （对比参数是一种无量纲参数）7.物质除了临界状态、pv 图上通过临界点的等温线在临界点的一 阶导数等于零、两阶导数等于零等性质以外，还有哪些共性？如 何在确定实际气体的状态方程时应用这些共性？ 答：8.自由能和自由焓的物理意义是什 么？两者的变化量在什么条件下 会相等？ 答：H=G + TS，U=F + TS。 dg =dhd(Ts) =dhTdssdT， 简单可压缩系统在可逆等温等压条dg=0。若此时系统内部发生 不可逆变化（外部条件不变） ，则 件下，处于平衡状态：dg =Tds，ds=0 dsdg0，
19、0。例如系统内部发生 化学反应，化学能转化为内热能（都是热力学能） ，必要条件是 dg0， 否则过程不能发生。 类似地，简单可压缩系统在等温等容条件下，内部发生变化的必 要条件是：df0 。 引申：系统的 g、f 没有时，dg=0，df=0。内部变化不再进行。进 而可以认为 g、 是系统内部变化的能力和标志， f 所以分别称为自由焓、 自由能，相应地，TS 可称为束缚能。 与火用相比，吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能不需要与环境状态联 系，且是工质的状态参数。 搞理论热力学的人（物理学家们）根 本不拿火用当回事。 两者的变化量在什么条件下会相等？有什么意义呢？dgdf=d(h Ts)d(uTs)=
20、dhdu=0，对于理想气体可逆等温过程，两者的变化 量相等。或者：dhdu= d(pv)=0 9. 什么是特性函数？试说明 u=u(s, p)是否是特性函数。 答： 某些状态参数表示成特定的两个独立参数的函数时， 只需一个 状态参数就可以确定系统的其它参数，这样的函数就称为特性函数。 热力学能函数仅在表示成熵及比体积的函数时才是特性函数，换成其 它独立参数，如 u=u(s, p)，则不能由它全部确定其它平衡性质，也就 不是特性函数了。 10. 常用的热系数有哪些？是否有共性？ 答：热系数由基本状态参数 p、v、T 构成，可以直接通过实验确 定其数值。 11. h、u、如何利用状态方程和热力学一
21、般关系式求取实际气体的s？ 答：根据热力学一般关系式和状态方程式以及补充数据，可以利 用已知性质推出未知性质，并求出能量转换关系。例如，当计算单位 质量气体由参考状态 p0、T0 变到某一其它状态 p、T 后焓的变化时， 可利用 dH 方程式，即式 （5-45）由于焓是一种状态 p 。 参数，所以 dH 为全微分， 因而 dH 的线积分只是端态 的函数，与路径无关。这样 就可以在两个端态之间选 择任意一个过程或几个过 程的组合。两种简单的组合 示于图(5-)中。 对于图(5-) 中由线 0aA 所描述的过程组合，将式(5-45)先在等压 p0 下由 T0 积分到 T，随后在等温 T 下由 p0
22、 积分到 p，其结果为： 0 T c p dT h 0 h a T p0 p T p0 dp T v ha h v p T b(p, T0)p= const.A(p, T)T0= const. p0= const. 0(p0, T0)T= const.a(p0, T) T图 5-将上两式相加，就可得到： p0 0 p T0 c p dT h 0 h T p T dp T v v (5-47)对于 0bA 的过程组合，将式(5-45)先在等温 T0 下由 p0 积分到 p， 随后在等压 p 下由 T0 积分到 T，由这种组合可以得到： h p 0 p h0 p T0 c p dT dp T v
23、T v T0 p T (5-48)式(5-47)需要在 p0 压力下特定温度范围内的 cp 数据，而式(5-48)则需要 较高压力 p 时的 cp 数据。由于比热的测量相对地在低压下更易进行， 所以选式(5-47)更为合适。 12. 试导出以 T、p 及 p、v 为独立变量的 du 方程及以 T、v 及 p、v 为 独立变量的 dh 方程。13. 本章导出的关于热力学能、焓、熵的一般关系式是否可用于不可 逆过程？ 答：由于热力学能、焓、熵都是状态参数，其变化与过程无关， 所以其结果也可以用于不可逆过程。 14. 试根据 cpcv 的一般关系式分析水的比定压热容和比定容热容的 关系。 答： 0.5Mpa， 100水的比体积 v=0.0010435m3/kg； 0.5MPa， 110 时 v=0.0010
