1、第十六章 热力学第二定律1、从热力学第二定律来看，下列说法中正确的是：（1）热量只能从高温物体传向低温物体；（2）热量从低温物体传送到高温物体必须借助外界帮助；（3）功可以完全转变为热，但热不能完全转变为功；（4）自然界中一切宏观过程都是不可逆的。解：（1）电冰箱（致冷机）可以使热量从低温物体传向高温物体；（3）等温膨胀为热量完全转变为功；（4）自然界中一切与热力学有关的宏观过程都是不可逆的。选（2）2、一发明者声称他发明了一种工作在高温（600K ）和低温（300K ）热源之间的新式热机，每分钟燃烧 0.5kg（燃烧值为 4.210 7Jkg）的燃料，其功率可达 180 kw。您认为这项发明
2、可靠吗？为什么？ 解：在温度为 T1600K，T 2300K 之间工作的卡诺热机效率( 效率最高)1T 2T 1130060050%假定燃料燃烧放出热量全部被题目所说热机吸收Q0.5 kg4.210 7Jkg2.110 7(J)做功 A6018010 3J1.0810 7(J)其效率 AQ51%因为 所以，这是不可能的。3、从热力学第二定律出发证明一条绝热线与一条等温线不可能二次相交。证明：（反证法）如果一条等温线和一条绝热线相交于两点 A 和 B（如图） ，则它们构成一个循环，在此循环中，只有单一热源（即在等温过程中吸热或放热，而在绝热过程中不吸热也不放热， ）这是违反热力学第二定律的，所以
3、一条等温线与一条绝热线不能两次相交。 绝热线等温线ABVP04、一塑料盘内装 3 张可互相区分的硬纸片，每张纸片均为一面白，一面黑。若将3 张纸片看成一系统,并将纸片的黑白看成是“微观态”,将盘内多少张为黑多少张为白看成“宏观态” 。问：（1）该系统共有多少种“宏观态”？（2）该系统共有多少种“微观态”？解：（1）共有 4 种“宏观态”：三张均为黑；三张均为白；二张白，一张黑；一张白，两张黑。（2）共有 8 种“微观态” ，设三张纸片分别为 A、B、C，它们是：A、B、C 均为黑；A、B、C 均为白；A 为白，B、C 为黑；A 为黑，B、C 为白；A、B 为白， C 为黑；A、B 为黑， C
4、为白；A、C 为白， B 为黑；A、C 为黑， B 为白。5、若太阳表面温度为 5800K，地球表面温度为 298K，当太阳向地球表面传递4.60104J 热量时，系统的熵变为多少？ 解：太阳表面温度 T15800K，地球表面温度 T2298K，太阳向地球传递 Q4.6 10 9J 的热量系统熵变SQT 2 Q T 14.610 9（129815800）146（JK）6、求质量为 32kg 的氧气由压强为 2.0210 5Pa等温下降到 1.0110 5Pa的熵变。解：氧气压强由 P12.0210 5Pa 降为 P21.0110 5Pa 时，熵变 )/J(1072.01.ln3.802ln 3
5、51 KRMS 7、将质量为 1kg，温度为 273K 的水与温度为 373K 的热源接触，当水温达到 373K时，水和热源的熵变各为多少?（水的定压比热为 4.60104JkgK）解：水温度由 T1 T 2 时，熵变 )J/K(103.27ln8.40.3221 TmCdSPP水热源保持恒温，其放热后熵变 )J/K(102.37)3(18.40.T3212 TCQSP热 源放 热8、以温度为纵坐标，熵为横坐标画出卡诺循环图（这种图称温-熵图） ，证明：（1）在温-熵图中，任一过程曲线下的面积在数值上与该过程中系统与外界所交换的热量相等。（2）卡诺循环的效率 1T 2T 1。解：在 TS 图中，卡诺循环如图中闭合曲线 abcda 所示由式 dSdQT，可知，元过程中吸收热量 dQT dS，其大小与图中过程曲线下阴影面积相等，故整个循环过程吸收（或放出）热量与过程曲线和相应纵横坐标所围面积等值。循环中吸收热量应与矩形 abS2S1 面积相等，放热与矩形 dcS2S1 面积相等，净热量为两矩形面积之差，亦即与循环曲线所面积相同。在 TS 图中，ab，cd 为等温线，da，bc 为绝热线，abcda 循环为卡诺循环，其效率： 121221TSQabdca ST0T2T1 S1 S2dS b cd
