1、1给物质同等的热量，一定使它提高同等的温度吗？给物质以热量，一定会使它的温度提高吗？答：热量和温度是不同的概念。给物质以热量使其温度升高多少还与其热容量有关，同等的热量给其热容量小的物体，其温度将有较大的升高。给物质以热量，不一定会升高它的温度，例如在冰的熔解或水的蒸发等相变过程中便是如此2日常温度计多用水银或酒精作测温物质，用水岂不更便宜？设想一下，如果有人用水来作温度计的测温物质，会产生什么问题？用水温度计测两盆凉水的温度时，若显示出水柱的高度一样，是否两盆水的温度一定相等？这违反热力学第零定律吗？答：一定质量的水在 4。c 时体积最小，大于或小于此温度体积都有所膨胀。用水来作温度计的测温
2、物质，则会出现不同温度下温度计读数一样的问题。用水温度计测两盆温度在4。 c 上下的凉水时，即使显示出水柱的高度一样，两盆水的温度却是不相等的。这并不违反热力学第零定律，该定律说：“在与外界影响隔绝的条件下，如果物体 A、B 分别与处于确定状态下的物体 C 达到热平衡，则物体 A 和 B 也是相互热平衡的。 ”在这里两盆凉水分别是物体 A、B ，水温度计是物体 C.水温度计分别与两盆凉水达到热平衡时只是体积相等，但并不处于同一确定的热力学状态。 3节日向天空释放许多彩色氢气球，这些气球最后的结局如何？随着氢气球升高，外界压强减小，气球膨胀，最后气球爆破。4载人橡皮艇在白天还是夜晚吃水深？夜晚温
3、度低，橡皮艇内气体密度大，吃水深。5尽管分子的微观动力学是可逆的。但是，大量的事实告诉我们，宏观过程是不可逆的。热量总是从高温物体传到低温物体，而不会自发地倒过来；俗话说，覆水难收。如果你把一杯水倒进一桶水里，你再也无法取回同样的一杯水来。什么道理？这是什么在起作用。温度或物质不均匀分布是非平衡态，而均匀分布是平衡态，前者的概率比起后者是微乎其微的。所以，前者向后者自发地过渡很自然，而后者向前者过渡的概率之小，堪称旷世奇迹。宏观热力学理论把这一切归结到一条定律中，即热力学第二定律，并引进了“熵”这样一个物理量来刻画它。按热力学第二定律，没有外部的干预，一个孤立系统的熵只能自发地增加，而不会减少
4、。处于热平衡态时熵达到极大，这就是所谓“熵增加原理” 。然而，在宏观理论框架里熵的本质是看不清楚的，玻耳兹曼在引进 H 函数之后给了熵( 记作 S)一个微观的定义，即S=kln上式中的 k 是玻耳兹曼常量， 就是微观量子态的数目，即宏观态出现的概率。不难看出，熵与 H 的关系是S=kH即 H 相当于负熵。从上面的分析可见，熵增加原理的本质。6已知，在 25时反应H2(气)+Cl2（气）2HCl(气)的反应焓为H 反应= 184.62 kJ/mol，定压摩尔热容分别为 Cpmol(H2)= 28.6 J/(mol.K)；Cpmol（C12) = 32.2 J/(mol K)和 Cpmol (HC
5、l) = 28.5 J/(mol . K)。求 75时的反应焓。解： H 反应（75）= H 反应（25）+ Cp（75-25 ）=-184.62+（228.5-32.2-28.6 ）10-350=-184.81kJmol7试比较内能、热量和温度三个概念的异同与联系。 “焓 ”一词英文旧称 heat content，即物体中“含有的热量” ，这名词恰当吗？冰吸收熔解热而融化为水，我们能说“水比冰含有更多的热量”吗？正确的说法应如何？8给自行车打气时气筒变热，主要是活塞与筒壁摩擦的结果吗？试给此现象以正确的解释。因为打气筒在打气过程中，打气筒活塞与筒壁上下摩擦,机械能转化为内能,使气筒外壁变热;
6、另一方面,活塞也压缩气体做功, 使气体的内能增大,温度升高, 通过热传递也使气筒外壁发热.9在暖水瓶内灌满开水后塞上瓶塞，瓶塞不会跳起来。当你倒些水出来以后再塞上瓶塞，瓶塞过一会儿往往会跳起来。试解释之，并在 p-v 图上画出瓶内空气经历的过程。10设居室的四壁基本上是绝热的。但是，有漏气现象存在，使室内空气的压强与外界的气压平衡。冬季到了，室内开始生火。某甲不懂物理，某乙学过一点物理，某丙比较熟悉热力学的概念。下面是他们的对话：丙：你们说，屋子里为什么要生火？甲：为了要暖和呗！丙：你是说生火使室内空气的温度升高？甲：是的。乙：生火使室内空气的能量增加。甲：用态函数的术语来表达，你说的“能量”
7、指什么？乙：内能。甲：不对！这是等压过程，应指的是“焓” 。他们谁说得对？设空气可看作理想气体。按理想气体模型计算，大气压恒定和居室体积不变的条件下，炉火产生的能量被露出的空气带走，室内空气的内能和蛿都没有变化，然而熵减小了，所以说屋内温度升高是正确的，说屋内空气内能或蛿增加都是不对的。11夏天将冰箱的门打开，让其中的空气出来为室内降温，这方法可取吗？答：冰箱是一种制冷设备，低温热源是冰箱内部，高温热源是室内环境。冰箱在制冷过程中把更多的热量排放给室内。将冰箱的门打开，可以使室内部分热量传到冰箱里，冰箱进一步制冷会产生更多的热量排放出来。打开冰箱的门来为室内降温的办法，不但费电，而且效果适得其
8、反，有更多的热量从冰箱排到室内。此法绝不可取。12冬天用空调机或电炉取暖，何者较省电？答：用空调机制热时与电冰箱类似，是逆循环，外界是低温热源。室内是高温热源。它传给高温热源的热量多于所作的功，所以比用电炉取暖省电。13你认为，效率公式=（T1-T2）/T1对非理想气体的可逆卡诺循环成立吗？不妨用范德瓦耳斯气体为例来验证一下你的想法。14请证明克劳修斯（热力学）熵与波尔兹曼（统计学）熵的统一性。15一般，熵判据、自由能判据和自由焓判据各有各的外部约束条件。已知，物体系内部各部分之间达到平衡的条件有三个，即热平衡条件、力学平衡条件和相平衡条件。另外，还有化学平衡条件。它与相平衡条件实质上相同，只
9、是写法不同。这些平衡条件是：(1)热平衡条件：系统内部温度均匀。(2)力学平衡条件：系统内部压强均匀。(3)相平衡条件：系统内各相化学势相等。试从熵判据导出力学平衡条件；试从亥姆霍兹自由能判据导出相平衡条件。16常有人说，热力学第二定律的意思就是“热不能全部转化为功 ”。这可以作为热力学第二定律的一种表述吗？答：热力学第二定律开尔文的完整表述是“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响。 ”题中的说法与之比较，少了“从单一热源吸取热量”和“不产生其它影响”两层意思，这都是缺一不可的。没有“从单一热源吸取热量”的话，我们可以把高温热源和低温热源合起来看成一个系统，热机从这系
10、统吸收热量 Q。 ，又把热量 Q2还给了这一系统，所以热机从这个系统吸收的热量 Q=Q。一 Q：全部转化为功了，这是可能的。 “单一热源”是指“单一温度的热源” ，若两热源温度不同，合起来看成一个系统也不是“单一热源” ，两个温度相同的热源不在一起，还是“单一热源” 。热力学第二定律的表述中“不产生其它影响”语句之不可缺。17人死不能复生，破镜不能重圆，这些固然都是不可逆转的过程。热力学里“不可逆过程”的涵义是否仅限于此？它的完整表述应是怎样的？答：热力学第二定律的完整表述是克劳修斯表述或开尔文表述，其内容的涵盖远超出了“人死不能复生，破镜不能重圆”一类现象。18无论在热力学第二定律的克劳修斯
11、表述里还是开尔文表述里，后面都有“而不引起其它变化”或“而不产生其它影响”之类的话，这是什么意思？这话重要吗？略去不行吗？答：热力学第二定律的表述里“而不引起其它变化”或“而不产生其它影响”之类的话是绝对不能省略的，否则就会有违反热力学第二定律的事例出现。19下列过程是否可逆？为什么？(1)室内一盆水在恒定的温度下慢慢地蒸发；(2)通过活塞缓慢地压缩容器中的空气（设活塞与器壁间无摩擦） ；(3)将封闭在导热性能不好的容器里的空气浸到恒温的热浴中，使其温度缓慢地由原来的 T1升到热浴的温度 T2。(4)在一绝热容器内不同温度的两种液体混合。答 l(1)不可逆，因为水的气液两相处于不平衡状态。(2
12、)这是准静态的等温(或绝热) 压缩过程，可逆。(3)这是准静态的热传导过程，可逆。(4) 这是不可逆的混合过程。20试计算 A-B 二元系相图。这时假设：液体 (L)和固溶体() 都是理想溶体；而且 A、B 的熔化熵根据理查德定律，其数值等于气体常数 R；另外 A、B 的液体和固体间的自由能差分别都与温度和熔点之间的差值成比例。最后，请绘出假定两组元的熔点分别为 TA =1000 K，TB=500 K 时的计算相图和 T =800 K 时的自由能曲线。 （提示：首先写出 A、B 两组元的化学势表达式，再根据假定，写出两组元的固体与液体的自由能差与两组元的熔点之间的关系，进而得到液相与固相的平衡
13、条件，整理上述关系式，即可得到液相线和固相线的表达式。 ）21为何说熵是一种新的世界观？谈谈你的认识与看法。熵的理论最可借鉴的地方在于将世界看作一个系统组织，从整体上认识和规划世界的发展，将事物看作不断变动和普遍联系的而非孤立静止的；还有提醒人们无效的能量、物质和信息的存在及其意义。和世界其它部分一样，信息也必然包括有效和无效的两方面，信息的熵的存在是一种必然，也是必需的。另外，在现代社会信息的爆炸式发展，也同样产生了无数的信息垃圾，引起环境的巨大混乱，所谓“信息焦虑”。我们依赖于高速的信息流通，但是为选择和处理信息、应付信息垃圾的干扰又要耗费大量精力，这到底是效率的提高还是降低，是进步还是退步？如何建设一个低熵的信息生产和传播体系？这是我们需要思考的。22你认为热力学与动力学究竟给我们以什么样的方法论启示？谈谈你对材料热力学和材料动力学的认识和体会。
