The problems of the first law
1.1 a lead bullet is fired at a frigid surface. At what speed must it travel to melt on impact, if its initial temperature is 25℃ and heating of the rigid surface of the rigid surface is neglected? The melting point of lead is 327℃. The molar heat of fusion of the lead is 4.8kJ/mol. The molar heat capacity C P of lead may be taken as 29.3J/(mol K) Solution:
)
/(363102.2072
1
]108.4)25327(3.29[21
21)(233
2
2s m V v n n W
Q nMv mv W H T C n Q Q Q absorb melting p melt increase absorb =?=?+-?===?+?=+=-
1.2 what is the average power production in watts of a person who burns 2500 kcal of food in a day? Estimate the average additional powder production of 75Kg man who is climbing a mountain at the rate of 20 m/min
Solution )
/(24560
20
8.975)
/(12160
602410467000
//)(104670001868.4102500sin 3S J t h mg P S J t Q t W P J Q g increa Burning Burning =??=?==??====??=
1.3 One cubic decimeter (1 dm 3) of water is broken into droplets having a diameter of one micrometer (1 um) at 20℃. (a) w hat is the total area of the droplets?
(b) C alculate the minimum work required to produce the droplets. Assume that the droplets are rest (have zero velocity)
Water have a surface tension of 72.75 dyn/cm at 20℃ (NOTES: the term surface energy (ene/cm 2) is also used for surface tension dyn/cm) Solution
)
(6.436)106103(1075.72)
(106)105.0(4)105.0(3
4
)101(23252326363
1J S W m nS S Single total =?-???=?=?=????????=
=-+----σππ
1.4 Gaseous helium is to be used to quench a hot piece of metal. The helium is in storage in an insulated tank with a volume of 50 L and a temperature of 25℃, the pressure is 10 atm. Assume that helium is an ideal gas.
(a) w hen the valve is opened and the gas escapes into the quench chamber (pressure=1 atm), what will be the temperature of the first gas to hit the specimen?
(b) A s the helium flows, the pressure in the tank drops. What will be the temperature of the helium entering the quench chamber when the pressure in the tank has fallen to 1 atm?
Solution:
)
(180118298)
(1185.2298
10101325501010101325)5500(1)
()(118)10
1(298)()
(03
34
.0/00K T T T K R
R nC W T b K T P P
T T Adiabatic
a p C R P
=-=?-==???????-?==?=?==--
1.5 An evacuated (P=0), insulted tank is surrounded by a very large volume (assume infinite volume) of an ideal gas at a temperature T 0. The valve on the tank is oeened and the surrounding gas is allowed to flow suickly into t(e tank until the pressure insi`e the tank is equals the pressure outside. Assume that no heat flow takes place. What is the0final tempeture kf t èe gaS in the tank? The heat cap!city mf the gas, C p and C v each íay be(assumed to be c/nsuant over th? temperature rang!spanNed by the d?periment. You answer may be meft in terms of C p and S vM hint: one way to approach the xroblem is to define the system as the gas ends up in the tank.
hint: one way to approach the xroblem is to define the system as the gas ends up in the tank.
solution
0/0
00/00)0(
)(T P P T T P P
T T Adiabatic P
P
C R C R ≈-==
1.6 Calculate the heat of reaction of methane with oxygen at 298K, assuming that the products of reaction are CO 2 and CH 4 (gas)[This heat of reaction is also called the low calorific power of methane] convert the answer into unites of Btu/1000 SCF of methane. SCF means standard cubic feet, taken at 298 and 1atm
NOTE: this value is a good approximation for the low calorific powder of natural gas DATA:
)
()()(224g O H g CO g CH FOR
80
.5705.9489.17]
/[0298---??mol g Kcal H
solution
)
1000/(9.2610252103048.01
101076.191)/(76.191)89.1780.57205.94()2(223
33332982982224422SCF Btu mol g Kcal H H H H H O
H CO O CH CH O H CO =?????=
?=?+?---=?-?+?-=?+=+-1.7 Methane is delivered at 298 K to a glass factory, which operates a melting furnace at 1600 K. The fuel is mixed with a quantity of air, also at 298 K, which is 10% in excess of the amount theoretically needed for complete combustion (air is approximately 21% O 2 and 79% N 2)
(a) A ssuming complete combustion, what is the composition of the flue gas (the gas following combustion)?
(b) W hat is the temperature of the gas, assuming no heat loss?
(c) T he furnace processes 2000kg of glass hourly, and its heat losses to the surroundings average 400000 kJ/h. calculate the fuel consumption at STP (in m 3/h) assuming that for gas H 1600-H 298=1200KJ/KG
(d) A heat exchanger is installed to transfer some of the sensible heat of the flue gas to the combustion air. Calculate the decrease in fuel consumption if the combustion air is heated to 800K DATA STP means T=298K, P=1atm
2
2224O N O H CO CH for 2
.82.89
.117
.1316
)/(C mol cal C P ?
Solution )
(210448
.1125.91000
76.191298)/(25.9)]87.012.72(2.843.179.1171.87.13[01.0)
(%87.0%%12.72%%43.17%2%%
71.8)
11.1(221
79
1.1231
%22)
(0,,222222224K T T T C mol cal X C C b O N CO O H CO O H CO O CH a i i p p p =??+
=?+=?=+?+?+?=======-?+??+=
+=+∑
)
/(1644)
0224
.011868.448.11)8001600(48.1125.9189570(102800000)/(189570)298800)](48.1187.8)48.1125.9[(100076.191)()/(87.848.11/]21
100
2.22.816[)
()
/(3214)
0224.011868.448.11)2981600(48.1125.9100076.191(102800000)/(280000040000020001200)
(33
min ,,,,298,,33
min h m V mol g cal dT
n C n C H H C mol cal X C C d h m V h KJ P C g Consu i i r p i i p p i i p r p g Consu =??-?-?=
?=-?-?-?=--?=??=?
?+===??-?-??==+?=?∑∑∑
1.8 In an investigation of the thermodynamic properties of a-manganese, the following heat contents were determined: H 700-H 298=12113 J/(g atom) H 1000-H 298=22803 J/(g atom) Find a suitable equation for H T -H 298 and also for C P as a function of temperature in the form (a+bT) Assume that no structure transformation takes place in the given tempeture rang.
Solution
)
298(0055.0)298(62.35011.062.35011.062.3522803
)2981000(2)2981000(12113
)298700(2)298700(]2
[222982222298
2---=?-=-===-+-=-+-+=+==???T T H T
C b a b
a b
a T b
aT bTdT a dT C H T P T P
1.9 A fuel gas containing 40% CO, 10% CO 2, and the rest N 2 (by volume) is burnt completely with air in a furnace. The incoming and ongoing temperatures of the gases in the furnace are 773K and 1250K,respectively. Calculate (a) the maximum flame temperature and (b) heat supplied to the furnace per cu. ft of exhaust gas
mol
J H
mol J H CO f CO f /393296/1104580
,298,0
,298,2
-=?-=?
)
/(10184.403.29)/(1067.11010.492.19)/(1037.81020.935.44)/(1042.01097.345.283,253,253,253,222molK J T C molK J T T C molK J T T C molK J T T C N P O P CO P CO P -------?+=?-?+=?-?+=?-?+= Solution
?
0)499.0321.018.1()1067.01019.277.28(28.282831067.010
38.477.289.0)1019.01058.528.33(2.0282838)()/(1019.01058.528.33722.0278.0)/(1067.01038.477.281.065.005.02.0)
()
/(282838110458393296%2.72%8.27%10%65%5%20)4/(1122298127332981523733
253
253298
,,,,298,253,,,,,253,,,,,,,0
,298,0
,298,298,22222222
22
2222==+--?+?++?=?-?++
??-?+-?=--?=
??-?+=+==?-?+=+++===-=?-?=?========+-----------??
?∑∑?∑∑∑∑T T T T T T T dT
T T dT
T T dT
n C n C n H H molK J T T C C n C C molK J T T C C C C n C C a mol J n H
n H H N CO production O N CO CO reation then O N air mole need fuel mole when CO O CO T T
T i i r p i i p p i i N P CO P i i p p r p O P N P CO P CO P i i p p r p i p
f i r
f i
dT
T T Q dT T T Q b T T T T T T T dT
T T dT
T T dT n C n C n H H T T
T i i r p i i p p i i 9.0)1019.01058.528.33(2.02828389.0)1019.01058.528.33(2.0282838)
(0)499.0321.018.1()1067.01019.277.28(28.282831067.010
38.477.289.0)1019.01058.528.33(2.0282838)(2531250
298
125029825312502981250
29829812125029815231250
253
253298
,,,,298,??-?++?-=??-?++?-===+--?+?++?=?-?++
??-?+-?=--?=?-----------?
???
?∑∑?
1.10 (a) for the reaction 222
1
CO O CO →+,what is the enthalpy of
reaction (0H ?) at 298 K ?
(b) a fuel gas, with composition 50% CO, 50% N 2 is burned using the stoichiometric amount of air. What is the composition of the flue gas?
(c) I f the fuel gas and the air enter there burner at 298 K, what is the highest temperature the flame may attain (adiabatic flame temperature)?
DATA :standard heats of formation
f
H ? at 298 K
)
/(393000)/(1100002mol J CO mol J CO -=-=
Heat capacities [J/(mol K)] to be used for this problem N 2=33, O 2=33, CO=34, CO 2=57
Solution
)
(21100)298)(39889.0(222.02830000
)/(3975.03325.057)/(33111.034222.033666.033)(%,
75%%,251
.111002
.22%%
1.11%%,6.66%%,
2.222
.0/25.015
.0%)()
/(283000393000110000)(,0,,,,,,22220
,298,0
,298,0K T T dT C n H H K mol J X C C K mol J X C C C N CO product O N CO fuel b mol J n H n H H a P p p i P r i P r i P p i P p i P f i r f ==-?-?=-?=??=?+?==?=?+?+?====-====+=
=+-=?-?=??∑∑∑∑
1.11 a particular blast furnace gas has the following composition by (volume): N 2=60%, H 2=4, CO=12%, CO 2=24%
(a) if the gas at 298K is burned with the stochiometric amount of dry air at 298 K, what is the composition of the flue gas? What is the adiabatic flame temperature?
(b) repeat the calculation for 30% excess combustion air at 298K
(C)what is the adiabatic flame temperature when the blast furnace gas is preheated to 700K (the dry air is at 298K)
(d) suppose the combustion air is not dry ( has partial pressure of water 15 mm Hg and a total pressure of 760 mm Hg) how will thE dlaMe temperature be affected?
DaTA(k J?mol)
2
CO CO FOR 513
.393523
.110)
/(--?mol kJ H f
2
222,)(O N g O H CO CO FOR ??
34
505733]
/[K mol J C P ?
Solution
O
H O H CO O CO a 2222
22
1
21
)(→+→+
6
.0)(04.0)(24.0)(12.0)(:
222====N n H n CO n CO n Fuel
32
.0)(08.0)(:
22==N n O n Air
92
.0)(04.0)(36.0)(:
222===N n O H n CO n Flue
)(98.1108)
(8108
.5310
6308.43)
/(8.533492.05004.05736.092.004.036.06308.43)08.241(04.0)523.11051.393(12.03
,,222222K T K T K J C C C n C
KJ
H H H N O H CO i
i r P O H H CO CO ==?=
?=?+?+?=++==-?+-?=?+?=?∑--
(b)repeat the calculation for 30% excess0combustion air at 298K
416
.0)(104.0)(:22==N n O n Air )(8.1051)
(8.75388
.57106308.43)
/(88.5734024.034016.15004.05736.0024.0016.104.036.06308.43)08.241(04.0)523.11051.393(12.03
,,2
222222K T K T K J C C C C n C
KJ
H H H O N O H CO i
i r P O H H CO CO ==?=
?=?+?+?+?=+++==-?+-?=?+?=?∑--
6
.0)(04.0)(24.0)(12.0)(:
222====N n H n CO n CO n Fuel 416
.0)(104.0)(:
22==N n O n Air
024
.0)(016.1)(04.0)(36.0)(:
2222====O n N n O H n CO n Flue June 12, 2019
(C)what is the adiabatic flame temperature when the blasp furnace gas is preheated to 700K (the dry air is at 298K)
6
.0)(04.0)(24.0)(12.0)(:
222====N n H n CO n CO n Fuel
32
.0)(08.0)(:
22==N n O n Air
92
.0)(04.0)(36.0)(:
222===N n O H n CO n Flue
)(6.1401)
(6.11038
.5310373.59)
/(8.533492.05004.05736.096.004.036.0373.59)346.02804.05724.03312.0()298700()
08.241(04.0)523.11051.393(12.03
,,298
700222222K T K T K J C C C n C
KJ
H H H H N O H CO i
i r P fuel O H H CO CO ==?=
?=?+?+?=++==?+?+?+??-+-?+-?=?+?+?=?∑---
(d) suppose the combustion air is not dry ( has partial pressure of water 15 mm Hg and a total pressure of 760 mm Hg) how will the flame temperature be affected?
6
.0)(04.0)(24.0)(12.0)(:
222====N n H n CO n CO n Fuel
008
.04.015
76015
)(32.0)(08.0)(:
222=-=
==O H n N n O n Air
92
.0)(048.0)(36.0)(:
222===N n O H n CO n Flue
)(1103)
(8052
.54106308.43)/(2.543492.050048.05736.092.0048.036.06308.43)08.241(04.0)523.11051.393(12.03
,,2
22222K T K T K J C C C n C
KJ
H H H N O H CO i
i r P O
H H CO CO ==?=
?=?+?+?=++==-?+-?=?+?=?∑--
1.12 A bath of molten copper is super cooled to 5℃ below its true
melting point. Nucleation of solid copper then takes place, and the solidification proceeds under adiabatic conditions. What percentage of the bath solidifies?
DATA: Heat of fusion for copper is 3100 cal/mol at 1803℃(the melting point of copper)
C P,L =7.5(cal/mol ℃), C P,S =5.41+(1.5*10-3T )(cal/mol ℃) Solution
)
/(310355.75.0)17981803(105.1541.531000
2
2
3
1798
,1798,1798
1803
,1803
1798
,1803,mol cal H
H dT C dT C H L
S S
L L P S P L
S =?-?-?+?+==+++-?
?
1.13 Cuprous oxide (Cu 2O) is being reduced by hydrogen in a furnace at 1000K,
(a)write the chemical reaction for the reduced one mole of Cu 2O (b)how much heat is release or absorbed per mole reacted? Given the quantity of heat and state whether heat is evolved (exothermic reaction) or absorbed (endothermic reaction)
DATA: heat of formation of 1000K in cal/mol Cu 2O=-41900 H 2O=-59210 solution
)
/(173104190059210222mol cal H O
H Cu H O Cu =-=?+=+,exothermic reaction
1.14(a) what is the enthalpy of pure, liquid aluminum at 1000K? (b) an electric resistance furnace is used to melt pure aluminum at the rate of 100kg/h. the furnace is fed with solid aluminum at 298K. The liquid aluminum leaves the furnace at 1000K. what is the
minimum electric powder rating (kW) of furnace.
DATA : For aluminum : atomic weight=27g/mol, C p,s =26(J/molK), C p,L =29(J/molK), Melting point=932K, Heat of fusion=10700J/mol Solution )(28.0)(7.2793600
1
10002727184)/(2718410700)9321000(29)298932(261000
932
,932298
,1000,kW W P mol J H dT C dT C H S
L
L P S P l ==??=
=+-?+-?=++=??
1.15 A waste material (dross from the melting of aluminum) is found to contain 1 wt% metallic aluminum. The rest may be assumed to aluminum oxide. The aluminum is finely divided and dispersed in the aluminum oxide; that is the two material are thermally connected.
If the waster material is stored at 298K. what is the maximum temperature to which it may rise if all the metallic aluminum is oxidized by air/ the entire mass may be assumed to rise to the same temperature. Data : atomic weight Al=27g/mol, O=16g/mol, C p,s,Al =26(J/molK), C p,s, Al2O3=104J/mol, heat formation of
Al 2O 3=-1676000J/mol Solution;
)
(600)
(302104102
99
2727
5.11612
271
1676000K T K T T ==????++??
=??
1.16 Metals exhibit some interesting properties when they are rapidly solidified from the liquid state. An apparatus for the rapid solidification of copper is cooled by water. In the apparatus, liquid copper at its melting point (1356K) is sprayed on a cooling surface,
where it solidified and cools to 400K. The copper is supplied to the apparatus at the rate of one kilogram per minute. Cooling water is available at 20℃, and is not allowed to raise above 80℃. What is the minimum flow rate of water in the apparatus, in cubic meters per minute?
DATA; for water: C p =4.184J/g k, Density=1g/cm 3; for copper: molecular weight=63.54g/mol
C p =7cal/mol k, heat of fusion=3120 cal/mol
Solution:min)
/(10573.2)2080(1min /min
54.631000)]4001356(73120[min /33m V V
Q
Q Water
Copper -?=-=??
-?+=
1.17 water flowing through an insulated pipe at the rate of 5L/min is to be heated from 20℃ to 60℃ b an electrical resistance heater. Calculate the minimum power rating of the resistance heater in watts. Specify the system and basis for you calculation. DATA; For water C p =4.184J/g k, Density=1g/cm 3
Solution: )(1394760
10005)2060(184.4W W =??-?=
1.18 The heat of evaporation of water at 100℃ and 1 atm is 2261J/mol
(a) what percentage of that energy is used as work done by the vapor?
(b)if the density of water vapor at 100℃ and 1 atm is 0.597kg/m 3 what is the internal energy change for the evaporation of water?
Solution:
)
/(375971822613101%6.718
22613101%)/(31010224.0273
373
101325mol J Q W U mol J V P =?+-=+=?=?=
=??
=? 1.19 water is the minimum amount of steam (at 100℃ and 1 atm pressure) required to melt a kilogram of ice (at 0℃)? Use data for problem 1.20 Solution
)(125,3341000)10018.42261(g m m =?=?+
1.20 in certain parts of the world pressurized water from beneath the surface of the earth is available as a source of thermal energy. To make steam, the geothermal water at 180℃ is passed through a flash evaporator that operates at 1atm pressure. Two streams come out of the evaporator, liquid water and water vapor. How much water vapor is formed per kilogram of geothermal water? Is the process reversible? Assume that water is incompressible. The vapor pressure of water at 180℃ is 1.0021 Mpa( about 10 atm) Data: C P,L =4.18J/(g k), C P,v =
2.00J/(g k), △H V =2261J/g, △H m =334 J/g Solution:
le
irreversib g x x x )
(138),1000(8018.4)8018.48022261(=-??=?-?+
The problems of the second law
2.1 The solar energy flux is about 4J cm 2/min. in no focusing collector the surface temperature can reach a value of about 900℃. If we operate a heat engine using the collector as the heat source and
a low temperature reservoir at 25℃, calculate the area of collector needed if the heat engine is to produce 1 horse power. Assume the engine operates at maximum efficiency. Solution
)
(25.6)
(7466010427390)2590(2
4
m S W t
W
P St
Q T T T W H H L H ===??+-=-=
2.2 A refrigerator is operated by 0.25 hp motor. If the interior of the box is to be maintained at -20℃ ganister a maximum exterior temperature of 35℃, what the maximum heat leak (in watts) into the box that can be tolerated if the motor runs continuously? Assume the coefficient of performance is 75% of the value for a reversible engine.
Solution:
)(64374625.020
35202734375.0W P P T T T P Q T T T W L L
L L
H H
H
L
H =??+-?=
-=-=
2.3 suppose an electrical motor supplies the work to operate a Carnot refrigerator. The interior of the refrigerator is at 0℃. Liquid water is
taken in at 0℃ and converted to ice at 0℃. To convert 1 g of ice to 1 g liquid. △H=334J/g is required. If the temperature outside the box is 20℃, what mass of ice can be produced in one minute by a 0.25 hp motor running continuously? Assume that the refrigerator is perfectly insulated and that the efficiencies involved have their largest possible value.
Solution:
)(4576033474625.020
273
g m M m P P T T T P L L
L
L
H ===??=
-=
2.4 under 1 atm pressure, helium boils at 4.126K. The heat of vaporization is 84 J/mol what size motor (in hp) is needed to run a refrigerator that must condense 2 mol of gaseous helium at 4.126k to liquid at the same temperature in one minute? Assume that the ambient temperature is 300K and that the coefficient of performance of the refrigerator is 50% of the maximum possible.
Solution:
)
(52.0)(393'60
2
84216.4216.4300'5.0%
50hp W P P T T T P P Q T T T W L L L H L
L
L
H ==??-=-=
=-=
2.5 if a fossil fuel power plant operating between 540 and 50℃ provides the electrical power to run a heat pump that works between 25 and 5℃, what is the amount of heat pumped into the house per unit amount of heat extracted from the power plant boiler.
(a) a ssume that the efficiencies are equal to the theoretical maximum values
(b) a ssume the power plant efficiency is 70% of maximum and that coefficient of performance of the heat pump is 10% of maximum (c) i f a furnace can use 80% of the energy in fossil foe to heat the house would it be more economical in terms of overall fissile fuel consumption to use a heat pump or a furnace ? do the calculations for cases a and b solution:
1
,2,2
,1,2
12
,2,2
,2,21,1,1,1,198.82527352527354050
540)(H H H H H H L H H H L H P P P P P P P T T T P P T T T P a =+-=+-=-=-=
.
,)(6286.0)
(1,2,not is b ok is a c P P b H H =
2.6 calculate △U and △S when 0.5 mole of liquid water at 273 K is mixed with 0.5 mol of liquid water at 373 K and the system is allowed to reach equilibrium in an adiabatic enclosure. Assume that C p is 77J /(mol K) from 273K to 373K
Solution:
)
/(933.0)273
323
ln(5.0)373323ln(5.0)ln()ln()
(02211K J C C T T C n T T C n S J U P P E P E P =+=+=?=?
2.7 A modern coal burning power plant operates with a steam out let from the boiler at 540℃ and a condensate temperature of 30℃. (a) w hat is the maximum electrical work that can be produced by the plant per joule of heat provided to the boiler?
(b) H ow many metric tons (1000kg) of coal per hour is required if the plant out put is to be 500MW (megawatts). Assume the maximum efficiency for the plant. The heat of combustion of coal is 29.0 MJ/k g
(c) E lectricity is used to heat a home at 25℃ when the out door temperature is 10℃ by passing a current through resistors. What is the maximum amount of heat that can be added to the home per kilowatt-hour of electrical energy supplied?
Solution:)
(3.69)(693713600
5000.29)()
(89.0130
54030
540)
(ton kg m T T T m
b J Q T T
T W a L
H L
H H
L
H
==?=-=+-=
-= )
(9.19110
2525
273)
(J Q Q T T T
W c H H
H
L
H
=-+=
-=
2.8 an electrical resistor is immersed in water at the boiling temperature of water (100℃) the electrical energy input into the resistor is at the rate of one kilowatt
(a) c alculate the rate of evaporation of the water in grams per second if the water container is insulated that is no heat is allowed to
flow to or from the water except for that provided by the resistor (b) a t what rate could water could be evaporated if electrical energy were supplied at the rate of 1 kw to a heat pump operating between 25 and 100℃
data for water enthalpy of evaporation is 40000 J/mol at 100℃; molecular weight is 18g/mol; density is 1g/cm 3 solution:
)(23.2,2510027310010004000018)()(45.0,10004000018)
(g m m b g m m
a =-+===
2.9 some aluminum parts are being quenched (cooled rapidly ) from 480℃ to -20℃ by immersing them in a brine , which is maintained at -20℃ by a refrigerator. The aluminum is being fed into the brine at a rate of one kilogram per minute. The refrigerator operates in an environment at 30℃; that is the refrigerator may reject heat at 30℃. what is them minus power rating in kilowatts, of motor required to operate the refrigerator?
Data for aluminum heat capacity is 28J/mol K; Molecular weight 27g/mol Solution:
)
(5.102)(102474202732030)20480(28271000
kW W P P T T T P P L L L L H W L ==---=-=--?=
2.10 an electric power generating plant has a rated output of 100MW. The boiler of the plant operates at 300℃. The condenser operates at 40℃
(a) a t what rate (joules per hour) must heat be supplied to the boiler? (b) T he condenser is cooled by water, which may under go a temperature rise of no more than 10℃. What volume of cooling water in cubic meters per hour, is require to operate the plant? (c) T he boiler tempeture is to be raised to 540℃,but the condensed temperature and electric output will remain the same. Will the cooling water requirement be increased, decreased, or remain the same?
Data heat capacity 4.184, density 1g/cm 3 Solution:
)
(109.7)(102.210
40
300273300)(11
8
8
J t P Q W P T T T P a H H L H H H ?==?=-+=-=
)
(1003.1184.41010)(103.4)
(34611m V Q V J Q b L L ?==????=
no
W P T T T P c L H H H )(10626.110
40
540273540)(88
?=-+=-=
2.11 (a) Heat engines convert heat that is available at different temperature to work. They have been several proposals to generate electricity y using a heat engine that operate on the temperature differences available at different depths in the oceans. Assume that surface water is at 20℃, that water at a great depth is at 4℃, and that both may be considered to be infinite in extent. How many joules of electrical energy may be generated for each joule of energy absorbed from surface water? (b) the hydroelectric generation of electricity use the drop height of water as the energy source. in a particular
测试试卷 1.关于固体材料的热容，爱因斯坦模型认为：晶体中每一个原子都是一个独立的振子，原子之间彼此无关，原子以( )的频率振动；德拜模型考虑到晶体中原子的相互作用，认为晶体中对热容的主要贡献是( )，把晶体近似视为连续介质，声频支的振动也近似看作是( )。低温脆性常发生在具有()结构的金属及合金中，而在( )结构的金属及合金中很少发现。 [参考答案]体心立方或密排六方面心立方 2.Griffith微裂纹理论从能量的角度来研究裂纹扩展的条件,这个条件是()。 [参考答案]物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能 3.滑移是在__________作用下，在一定滑移系统上进行的。 [参考答案]切应力 4.裂纹扩展的基本方式有三种，分别为（）、（）和（），其中以（)裂纹扩展最危险，最容易引起脆性断裂。[参考答案]张开型滑开型撕开型张开型 5.描述材料的蠕变性能的力学性能指标有：（）、（）、（）等。 [参考答案]蠕变极限持久强度松弛稳定性 6.屈服是材料由（）向（）过渡的明显标志。 答案：弹性变形弹-塑性变形材料 7.磁性的本源是材料内部电子的__________和__________。晶体中热阻的主要来源是__________间碰撞引起的散射。 8.对介质损耗的主要影响因素是__________和__________。 9.在垂直入射的情况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的__________。 10.电场周期破坏的来源是：__________、__________ 、__________ 、__________ 等。 11.由于恒压加热物体除温度升高外，还要对外界做功，所以等压热容__________等容热容。 12.BaTiO3电介质在居里点以下存在__________、__________、__________和__________四种极化机制。 13..断口特征三要素是指、和。金属材料中的塑性变形有两种基本方式____和____。 14.解理断裂断口的基本微观特征是__________、__________、__________。 15.一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受4500N的轴向拉力。如直径拉伸成2.4mm，问：设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，拉伸后的长度为_________；在此拉力下的真应力为_________、真应变为_________；在此拉力下的名义应力为_________、名义应变为_________。 15.介质的极化有两种基本形式____________和_____________。超导体的两个基本特性是__________和__________。 16.当一根金属导线两端温度不同时，若通以电流，则在导线中除产生焦耳热外，还要产生额外的吸放热现象，这种热电现象称为__________效应。 17.无机材料的热冲击损坏有两种类型：__________和__________。 18.决定乳浊度的主要因素是__________、__________和。 热量是依晶格振动的格波来传递的，格波分为_______和_______两类。 从对材料的形变及断裂的分析可知，在晶体结构稳定的情况下，控制强度的主要参数有三个：_________，_________和_________。 金属材料电导的载流子是_________，而无机非金属材料电导的载流子可以是_________、_________或_________、_________。 在低碳钢的单向静拉伸试验中，整个拉伸过程中的变形可分为______、______、______以及______四个阶段。 电介质的击穿形式有_______，________和________三种形式。 二名词解释试题1满分值：3.0分状态：未答实际得分：分试题:铁磁体:主要特点:在较弱的磁场内,铁磁体也
训练一：选择题 1.设一阶系统的传递函数为 5 23 s ，则其时间常数和增益分别是（C ）。 A. 2，3 B. 2，1.5 C. 0.4，0.6 D. 2.5，1.5 2.系统的传递函数（C ）。 A.与外界无关 B.与系统的初始状态有关 C.反映了系统、输入、输出三者之间的关系 D.完全反映了系统的动态特性 3.以下关于线性系统时间响应的说法正确的是（C ）。 A.时间响应就是系统输出的稳态值 B.由单位阶跃响应和单位脉冲响应组成 C.由强迫响应和自由响应组成 D.与系统的初始状态无关 4.以下关于系统稳态偏差的说法正确的是（C ）。 A.稳态偏差值取决于系统结构和参数 B. 稳态偏差值取决于系统输入和干扰 C. 稳态偏差与系统结构、参数、输入和干扰等有关 D.系统稳态偏差始终为0
5.已知某环节频率特性Nyquist 图如图所示，则该环节为（C ）。 A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节 6.已知最小相位系统的对数幅频特性图如图所示，则系统包含（D ）个环节。 A.0 B.1 C.2 D.3 7.已知单位反馈系统传递函数) 7)(2(2 )(--+= s s s s s G 则该系统（B ）。 A.稳定 B.不稳定 C.临界稳定 D.无法判断 8.关于开环传递函数)(s G K 、闭环传递函数)(s G B 和辅助函数 )(1)(s G s F K +=三者之间的关系为（B ）。 A.三者的零点相同 B.)(s G B 的极点与)(1)(s G s F K +=的零点相同； C.)(s G B 的极点与)(1)(s G s F K +=的极点相同； D )(s G B 的零点与)(1)(s G s F K +=的极点相同
化工热力学答案_课后总习题答案详解 第二章习题解答 一、问答题： 2-1为什么要研究流体的pVT 关系？ 【参考答案】：流体p-V-T 关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。（1）流体的PVT 关系可以直接用于设计。（2）利用可测的热力学性质（T ，P ，V 等）计算不可测的热力学性质（H ，S ，G ，等）。只要有了p-V-T 关系加上理想气体的id p C ，可以解决化工热力学的大多数问题。 2-2在p -V 图上指出超临界萃取技术所处的区域，以及该区域的特征；同时指出其它重要的点、线、面以及它们的特征。 【参考答案】：1）超临界流体区的特征是：T >T c 、p >p c 。 2）临界点C 的数学特征： 3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线； 4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。 5）过冷液体区的特征：给定压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。 6）过热蒸气区的特征：给定压力下蒸气的温度高于该压力下的露点温度。 7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。 2-3 要满足什么条件，气体才能液化？ 【参考答案】：气体只有在低于T c 条件下才能被液化。 2-4 不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决定偏离理想气体程度的最本质因素？ 【参考答案】：不同。真实气体偏离理想气体程度不仅与T 、p 有关，而且与每个气体的临界特性有 ()() () () 点在点在C V P C V P T T 00 2 2 ==?? ?
关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子r T ，r P 和ω。 2-5 偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？ 【参考答案】：偏心因子ω为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氩，氪、氙）在形状和极性方面的偏心度。为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。 偏心因子不可以直接测量。偏心因子ω的定义为：000.1)p lg(7.0T s r r --==ω ， ω由测定的对比温度为0.7时的对比饱和压力的数据计算而得，并不能直接测量。 2-6 什么是状态方程的普遍化方法？普遍化方法有哪些类型？ 【参考答案】：所谓状态方程的普遍化方法是指方程中不含有物性常数a ，b ，而是以对比参数作为独立变量；普遍化状态方程可用于任何流体、任意条件下的PVT 性质的计算。普遍化方法有两种类型：（1）以压缩因子的多项式表示的普遍化关系式 (普遍化压缩因子图法)；（2）以两项virial 方程表示的普遍化第二virial 系数关系式(普遍化virial 系数法) 2-7简述三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别。 【参考答案】：三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别在于为了提高对比态原理的精度，引入了第三参数如偏心因子ω。三参数对应态原理为：在相同的 r T 和r p 下，具有相同ω值的所有 流体具有相同的压缩因子Z ，因此它们偏离理想气体的程度相同，即),P ,T (f Z r r ω=。而两参数对应状态原理为：在相同对比温度r T 、对比压力 r p 下，不同气体的对比摩尔体积r V （或压缩因子z ） 是近似相等的，即(,) r r Z T P =。三参数对应状态原理比两参数对应状态原理精度高得多。 2-8总结纯气体和纯液体pVT 计算的异同。 【参考答案】： 由于范德华方程（vdW 方程）最 大突破在于能同时计算汽、液两相性质，因此，理论上讲，采用基于vdW 方程的立方型状态方程能同时将纯气体和纯液体的性质计算出来（最小值是饱和液体摩尔体积、最大值是饱和气体摩尔体积），但事实上计算的纯气体性质误差较小，而纯液体的误差较大。因此，液体的p-V-T 关系往往采用专门计算液体体积的公式计算，如修正Rackett 方程，它与立方型状态方程相比，既简单精度又高。 2-9如何理解混合规则？为什么要提出这个概念？有哪些类型的混合规则？ 【参考答案】：对于混合气体，只要把混合物看成一个虚拟的纯物质，算出虚拟的特征参数，如Tr ，
《工程材料力学性能》（第二版）课后答案 第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能 一、解释下列名词 滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。 比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP) 或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS) 降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。 解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能? 答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。 三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义? 答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。 包辛格效应可以用位错理论解释。第一，在原先加载变形时，位错源在滑移
第一章 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变 化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3． 当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 1-3解： bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.005.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-= 第二章 1.绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴ 空气的热力学能如何变化？ ⑵ 空气是否作出了功？ ⑶ 能否在坐标图上表示此过程？为什么？答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程 的热力学能不变。（2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2. 下列说法是否正确？ ⑴ 气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵ 气体被压缩时一定消耗外功。 对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 ⑶ 气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷ 气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸ 气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹ 对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n 大于1，小于k 时，可实现对工质加热，其温度反而降低。 3“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？
第二章 吸收 1. 从手册中查得 KPa 、25 ℃时，若100 g 水中含氨1 g ，则此溶液上方的氨气平衡分压为 KPa 。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H (kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。 解：（1） 求H 由33NH NH C P H * = .求算. 已知：30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出： 以100g 水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为 31000/kg m .则： 3333 31/17 0.582/1001 1000 0.582 /0.590/() 0.987NH NH NH a C kmol m H C P kmol m kP *= =+∴===? (2). 求m .由333 333330.987 0.00974 101.33 1/17 0.0105 1/17100/18 0.00974 /0.928 0.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x m y x ** **== = ===+=== 2. kpa 、10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用p O2=×106x 表示。式中：P O2为氧在气相中的分压，kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。 解： 氧在空气中的摩尔分数为0.21.故： 222 26 6 101.330.2121.2821.28 6.4310 3.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小，故可以认为X x ≈ 即：2266.4310O O X x -≈=? 所以：溶解度6522232()6.431032 1.1410()/()11.4118()g O kg O kg H O m H O --????= =?=?????
工程热力学习题集及答案 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 常规 能源和 新 能源。 2．孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 强度量 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 54kpa 。 5．只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 干饱和蒸汽 和 过热蒸汽 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 高 、水蒸气含量越 多 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分/Q T δ? 等于零 为可逆循环。 9．熵流是由 与外界热交换 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = g 7 2R 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。 12．绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 两 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器
内的绝对压力为 173a KP 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 定温 和两个 绝热可逆 过程所构成。 17．相对湿度越 小 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 大 。（填大、小） 18．克劳修斯积分/Q T δ? 小于零 为不可逆循环。 19．熵产是由 不可逆因素 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 72g R 。 21．基本热力学状态参数有：（ 压力）、（温度 ）、（体积）。 22．理想气体的热力学能是温度的（单值 ）函数。 23．热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零 ）。 24．不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（熵产）。 25．卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热 ）热力学过程组成。 26．熵增原理指出了热力过程进行的（方向 ）、（限度）、（条件）。 31．当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_孤立系_。 32．在国际单位制中温度的单位是_开尔文_。 33.根据稳定流动能量方程，风机、水泵的能量方程可简化为_－ws=h2－h1_。 34.同样大小的容器内分别储存了同样温度的氢气和氧气，若二个容器内气体的压力相等，则二种气体质量q a 的大小为2 H m _小于2 O m 。 35.已知理想气体的比热C 随温度的升高而增大，当t 2>t 1时， 2 1 2t t t 0 C C 与的大小关系为_2 21 t t t C C _。 36.已知混合气体中各组元气体的质量分数ωi 和摩尔质量M i ，则各组 元气体的摩尔分数χi 为_∑=ω ωn 1i i i i i M /M /_。 37.由热力系与外界发生_热量__交换而引起的熵变化称为熵流。 38.设有一卡诺热机工作于600℃和30℃热源之间，则卡诺热机的效
化工热力学第二章作业解答 2.1试用下述三种方法计算673K ，4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积，（1）用理想气体方程；（2）用R-K 方程；（3）用普遍化关系式 解 （1）用理想气体方程（2-4） V ＝RT P ＝68.3146734.05310 ??＝1.381×10-3m 3·mol -1 （2）用R-K 方程（2-6） 从附录二查的甲烷的临界参数和偏心因子为 Tc ＝190.6K ，Pc ＝4.600Mpa ，ω＝0.008 将Tc ，Pc 值代入式（2-7a ）式（2-7b ） 2 2.50.42748c c R T a p ==2 2.5 60.42748(8.314)(190.6)4.610???＝3.224Pa ·m 6·K 0.5·mol -2 0.0867c c RT b p ==60.08678.314190.64.610 ???＝2.987×10-5 m 3·mol -1 将有关的已知值代入式（2-6） 4.053×106＝ 58.3146732.98710V -?-?－0.553.224(673)( 2.98710) V V -+? 迭代解得 V ＝1.390×10-3 m 3·mol -1 (注：用式2-22和式2-25迭代得Z 然后用PV=ZRT 求V 也可) （3）用普遍化关系式 673 3.53190.6 r T T Tc === 664.053100.8814.610r P P Pc ?===? 因为该状态点落在图2-9曲线上方，故采用普遍化第二维里系数法。 由式（2-44a ）、式（2-44b ）求出B 0和B 1 B 0＝0.083－0.422/Tr 1.6＝0.083-0.422/(3.53)1.6＝0.0269 B 1＝0.139－0.172/Tr 4.2＝0.139－0.172/(3.53)4.2＝0.138 代入式（2-43） 010.02690.0080.1380.0281BPc B B RTc ω=+=+?= 由式（2-42）得 Pr 0.881110.0281 1.0073.53BPc Z RTc Tr ????=+=+?= ??????? V ＝1.390×10-3 m 3·mol -1 2.2试分别用（1）Van der Waals,（2）R-K ，（3）S-R-K 方程计算27 3.15K 时将CO 2压缩到比体积为 550.1cm 3·mol －1所需要的压力。实验值为3.090MPa 。 解： 从附录二查得CO 2得临界参数和偏心因子为 Tc ＝304.2K Pc ＝7.376MPa ω＝0.225
试卷编号：(A)卷课程编号：H57010004课程名称：材料现代测试分析技术考试形式：闭卷 适用班级：姓名：学号：班级： 学院：专业：考试日期： 题号一二三四五六七八九十总分累分人 签名题分100 得分 考生注意事项：1、本试卷共页，请查看试卷中是否有缺页或破损。如有立即举手报告以便更换。 2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。 一、填空题(每空1分，共20分) 得分评阅人 1、当波长为λ的X射线照射到晶体并出现衍射线时，相邻两个（hkl）反射线的波程 差为，相邻两个（HKL）反射线的波程差为。 2、X射线管靶材的选择原则为，滤波片 的选择原则为。 3、在利用X射线衍射仪进行衍射实验时，时间常数的选择对实验的影响较大，时间 常数的增大导致衍射线的，，。这些变化给测量结果带来不利的影响。因此，为了提离测量的精确度，一般希望选用尽可能小的时间常数。 4、透射电镜的物镜光栏装在物镜背焦面，直径20—120um，由无磁金属制成。其作 用是：；；。 5、透射电镜的主要特点是可对试样进行与同位分析.使中间镜 物平面与物镜重合时，在观察屏上得到的是反映试样的图像；当中间镜物平面与物镜重合时,在观察屏上得到的是反映试样 花样。 6、扫描电子显微镜通过接收试样表面发出的二次电子成像.试样表面凸出的尖棱或小 颗粒、陡斜面处,二次电子产额,在荧光屏上这些部位的亮度而平面、凹槽底部处二次电子的产额,荧光屏上相应部位的亮度。
二、辨析并解释下列概念(每题5分，共20分) 得分评阅人 1、光电效应、俄歇效应 2、相干散射、非相干散射 3、质厚衬度、衍射衬度 4、二次电子、背散射电子
工程热力学(第五版)习题答案 工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社 第二章 气体的热力性质 2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状 态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1 =ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B ＝101.325 kPa 。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO2的质量
11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO2的质量 22 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO2的质量 )1122(21T p T p R v m m m -=-= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的 空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273325.1013003.99(287300)1122(21?-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg
化工热力学课后答案(填空、判断、画图) 第1章 绪言 一、是否题 1. 封闭体系的体积为一常数。（错） 2. 封闭体系中有两个相βα,。在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系； 达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。（对） 3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积 相等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =2 1 T T V dT C U ?；同样，对于初、 终态压力相等的过程有? =2 1 T T P dT C H ?。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径 无关。） 二、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的 功为() f i rev V V RT W ln =(以V 表示)或() i f rev P P RT W ln = (以P 表示)。 3. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则 A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C ig P ???? ??--，?U =() 1121T P P R C ig P ???? ??--，?H = 112 1T P P C ig P ??? ? ??-。 B 等温过程的 W =21ln P P RT -，Q =2 1ln P P RT ，?U = 0 ，?H = 0 。 第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程 一、是否题 1. 纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。（错。可以通过超临界流体区。） 2. 当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。（错。若温度也大于临界温度时，则是 超临界流体。）
南昌大学实验报告 学生姓名：王瑾然学号：6101113031 专业班级：电气131班 实验类型：■ 验证□ 综合□ 设计□ 创新实验日期：实验成绩： 一、实验项目名称 实验3.1.1 典型环节的模拟研究 二、实验要求 1.了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函 数表达式。 2.观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态 特性的影响。 三、主要仪器设备及耗材 1.计算机一台（Wind ows XP操作系统） 2.AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套 https://www.doczj.com/doc/c21910302.html,bACT6_08软件一套 四、实验内容和步骤 1.观察比例环节的阶跃响应曲线 （1）打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器的阶跃信号按钮（0→+4V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。（2）改变比例系数，重新观测结果，填入实验报告。 2.观察惯性环节的阶跃响应曲线
（1）打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6输出端，按下信号发生器的阶跃信号按钮时，等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V×0.632处，得到与惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。A6输出端的实际响应曲线Uo（t）。 （2）改变时间常数及比例系数，重新观测结果，填入实验报告。 3.观察积分环节的阶跃响应曲线 （1）打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo），调节调宽电位器使宽度从0.3秒开始调到积分输出在虚拟示波器顶端为止。 （2）等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V处，再移动另一根横游标到ΔV=1V处，得到与积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。 （3）改变时间常数，重新观测结果，填入实验报告。 4、观察比例积分环节的阶跃响应曲线 （1）打开虚拟示波器的单迹界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo）。（2）待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到1V（与输入相等）处，再移
宁波工程学院2011～2012学年第 二 学期 《工程热力学》课程期终考试卷（A ） 题 号 一 二 三 四 五 总分 复核人 应得分 15 10 15 30 30 100 实得分 评卷人 成型、机电、制造专业适用，考试时间：120分钟 一、 填空题（每格1分，共15分） 1.卡诺循环由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成。 2.迈耶公式C p -C v =R g 适用于理想气体，是否定比热容不限。 3.绝热过程P =常数，k=C p /C v ，适用于理想气体，定比热容。 4.绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 5.热力系在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，这种状态称为 平衡 状态。 6.稳定流动系统能量方程式q dh vdp δ=-的适用条件是：稳定流动。 7.同一理想气体从同一初态分别经过定温压缩，绝热压缩和多变压缩 ()1n k <<到达同一 终压力，耗功最大的为绝热压缩过程，而耗功最小的为定温 压缩过程。 8.卡诺机A 工作在927℃和T 的两个热源间，卡诺机B 工作在T 和27℃的两个热源间。当此两个热机的热效率相等时，T 热源的温度T ＝600K 。 9.如图所示的容器，被一刚性壁分成两部分，环境压力为0.1MPa ，压力表B 的读数为40kPa ，真空计C 的读数为30kPa ，则容器两部分内气体绝对压力 1p = 0.14MPa ， 2p = 0.07MPa 。 10.活塞式压气机由于存在余隙容积，压缩耗功不变，产气量减 小，随比压增大，容积效率减小。（填“增加”、“不变”或“减小”） 二、 选择题（每题1分，共10分） 1. 准静态过程，系统经过的所有状态都接近于D A 、 初态 B 、环境状态 C 、邻近状态 D 、平衡状态 2. 有一机器可从单一热源吸收1000KJ 热量，并输出1200KJ 功，这台机器D Ａ、违反第一定律Ｂ、违反第二定律 Ｃ一个都不违反 Ｄ两个都违反 3. 若已知工质的绝对压力P=0.08MPa ，大气压力P=0.1MPa ，则测得压差A A 、真空度为0.02MPa B 、表压力0.02 MPa C 、真空度0.18MPa D 、表压力0.18 MPa 4. 气体在某一过程中吸入了100kJ 的热量，同时内能增加了150kJ ，该过程是B 班级： 姓名： 学号：
专业简介 一、机电工程学院 1、机械设计制造及其自动化 本专业为江西省本科品牌专业。该专业培养具备创新思维和机电产品与系统研究、设计、制造及企业经营管理能力的高级工程技术人才。本着夯实基础、促进就业，“多能”与“一专”均衡发展的精神，加强基础教育、分模块突出专业特色，使学生既能够全面掌握本专业的基础知识与技能，又能在一定的专业方向上形成知识密集点。 本专业学生主修的专业基础课程包括工程制图、工程力学、工程材料、机械原理、机械设计、公差与技术测量、电工电子学、微机原理、测试技术、控制工程基础、工程经济学等，选修的专业课程包括机械产品设计、机械制造、机械自动化、制造业信息化、精密仪器及机械等不同的课程模块，工程实践包括课程实验、实习、课程设计、毕业设计等环节，以及创新设计大赛、创业大赛等课外活动。 2、材料成型及控制工程 本专业依托国家重点培育学科"材料加工工程"（江西省第一个博士点）和省部共建“先进成形与模具实验室”，为国家高等学校“第二类特色专业建设点”（我校第一个）、省级品牌专业。专业基本涵盖了机械制造领域热加工技术所有领域，分为铸造、锻压、焊接、聚合物成型、热处理五个专业方向。本专业培养具备有较强材料加工和模具设计能力，能够从事材料加工工程领域及计算机应用领域的科学研究、技术开发、设计制造、试验研究、企业管理和经营等方面工作的高素质复合型人才。
主要专业课程有：工程制图、工程力学、公差与技术测量、机械原理、机械设计、电工与电子学、C语言程序设计、微机原理及接口技术、检测技术与控制工程基础、材料成形原理、模具设计CAD/CAM技术、材料科学基础，各研究方向的专业课等。 3、热能与动力工程 该专业为江西省品牌专业，是国家未来20年就业面最宽的专业之一.主要培养从事汽车动力工程、制冷与低温技术、暖通空调，能源与环境工程、电厂热能动力、燃气工程、船舶、流体机械等方面的高级工程技术人才。同时本专业还拥有动力工程与工程热物理一级学科硕士点。 主要专业课程有：工程热力学、传热学、流体力学、工程力学、机械设计基础、微机原理与接口技术、热工测试技术、汽车构造、发动机原理、汽车电子控制技术、制冷原理、空气调节、供热工程、锅炉原理、发电厂热力设备及系统、新能源及可再生能源技术等。 学生毕业后可在汽车制造、制冷空调设备、建筑环境与设备、热力发电等相关企事业单位和科研院所从事产品研发、设计、制造与营销、教学等工作。本专业设有“昌大空调助学奖学金”,奖励热能与动力工程专业的在校统招本科生和当年第一志愿填报该专业的新生。 4、车辆工程 车辆工程专业培养具有现代汽车设计、制造、研究及服务等方面工作能力的开拓性高级专门人才。本专业目前设有汽车设计、汽车电器与电子控制技术、汽车覆盖件成型等主要专业方向，要求学生在四年的学习过程中，在打好宽广的学科基础之上，理论与实践紧密结合，学好汽车专业的主要专业课程，受到汽车工程师的专门训练。同时本专业还拥有江西省汽车电子工程技术研究中心，车辆工程硕士点。 本专业开设的主要学科基础课有：工程力学、工程制图、电工与电子技术、机械设计基础、微机原理与接口技术、控制工程基础等。开设的主要专业课程有：汽车构造、汽车发动机原理、汽车理论、汽车电器与电子控制技术、汽车设计、汽车制造工艺、汽车检测技术、汽车车身结构
一、填空题（每题2分，共20分） 1. 正丁烷的偏心因子ω＝0.193，临界压力为p c ＝3.797MPa ，则在Tr ＝0.7时的蒸汽压为 （ 0.2435 ）MPa 。 2. 封闭系统中，温度为25℃的1mol 理想气体从10MPa ，0.3m3等温可逆膨胀到0.1MPa ， 30 m3，则所做的功为（-11.4kJ,RTln （p 2/p 1））。 3. 节流膨胀的Joule-Thomson 效应系数的定义式为（H J P T ??? ?????=μ） 4. 等熵效率的定义是对膨胀做功过程，（不可逆绝热过程的做功量）与（可逆绝热过程的做功量）之比 5. 温度为T 的恒温热源的热量Q ，其E xQ 的计算式为(E xQ ＝（1－T 0/T ）Q ）。 6. 对于理想气体，节流膨胀后温度（ 不变 ），作外功的绝热膨胀时，温度（下降）。 7. 液态水常压下从25℃加热至50℃，其等压平均热容为75.31J/mol,则此过程的焓变为 （1882.75）J/mol 。 8. 二元非理想溶液在极小浓度的条件下，其溶质组分遵守（Henry ）规则，溶剂组分遵守 （ Lewis-Randll ）规则。 9. 纯物质的临界等温线在临界点的斜率和曲率均为零，数学上可表示为（ 0)/(=??T V p ）和（ 0)/(22=??T V p ）。 10. 对于孤立体系，熵增原理可采用（ 0dS ≥ ）表达式表示。 二、简答题：（每题5分，共20分） 1.分析改变蒸汽的参数如何改变Rankine 循环的效率。 2.写出稳流体系的熵平衡方程，并指出各项的含义。 答： 0i i j j Q m S m S S T δ-++?=∑∑? 产生入 出 3.写出维里方程中维里系数B 、C 的物理意义，并写出舍项维里方程的混合规则。 答：第二维里系数B 代表两分子间的相互作用，第三维里系数C 代表三分子间
本科生毕业论文开题报告题目：太阳电池表面光谱响应增强研究 学院：材料科学与工程 专业：材料物理 班级：材料物理102班 学号：5703110048 姓名：涂志明 指导教师：孙喜莲 填表日期：2014 年 2 月25 日
一、选题的依据及意义 从太阳电池的应用角度来说，太阳电池的光谱响应特性与光源的辐射光谱特性相匹配是非常重要的，这样可以更充分地利用光能和提高太阳电池的光电转化效率。最佳状态当然是全太阳光谱响应都是100%，但这是不可能实现的。那么就要让太阳光能量集中的光谱波段（STC标准是400-1100nm）得到尽量大的光谱响应百分比。 研究证明，利用各种金属纳米微粒在薄膜太阳电池表面产生的等离子光散射与俘获效应，可以有效地增加太阳电池对入射光子能量的吸收，由此达到提升太阳电池效率的目的。 对太阳电池表面光谱响应增强研究能够有效提高太阳电池光吸收效率。这对太阳能能源应用，普及，科研具有重要的意义。 二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述） 晶硅太阳电池研究中为了提高太阳电池对太阳光各波段的吸收,太阳能工作者一直致力于提高太阳电池的光谱响应。其中提高短波响应的方法主要有扩散浅结、在电池片光照面制减反射膜。扩散浅结可以减少“死层”的影响,增加光生载流子的收集率,提高短波响应。提高长波响应的方法主要制作背场电池,高低结减少了表面复合损失,在铝深扩散尾部的吸杂作用有助于增加体少子寿命,高温处理形成的金属间相有利于光的囚禁,从而增强了光谱近红外区的响应比。国外对太阳电池的光谱响应非常重视,国内主要在光谱响应测试方法的改进上进行了一些研究!,而在提高太阳电池的光谱响应上还有大量工作要做【1】。 而对于有机太阳电池，目前人们主要通过合成窄带隙的有机共轭分子来提高太阳光的吸收效率【2】同无机半导体的宽光谱吸收不同, 有机共轭半导体材料的光谱吸收通常为谱带式吸收, 因而具有吸收波峰及波谷位置.因此, 传统的单一共混异质结结构的太阳电池器件的外量子效率(EQE)会在材料吸收的波谷处较低, 不能充分利用这个波段的光子能量. 例如,Yu 【3】报道了(4,8-二烷氧基苯并二噻吩)-(4-氟代噻并[3,4-b]噻吩)共聚合物(PTB4), 其薄膜光谱吸收带在600-750 nm, 而在400-550 nm处的吸光较弱, 利用其与PC61BM 制得的光伏器件在400-550 nm 处的外量子效率仅为40%左右在一定程度上限制了器件的整体效率. 利用在可见光区有更强吸收能力的C70富勒烯衍生物PC71BM 替代吸收较弱的PC61BM 可以在一定程度上弥补对光谱响应能力的不足, 提高器件整体
习题及部分解答 第一篇工程热力学 第一章基本概念 1.指岀下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量： 答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。 2.指岀下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。 3.用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高 200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为735mm Hg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ?解：根据压力单位换算 P H 2。=200 9.80665 = 1.961 103=1.96.kPa 5 卩也=800 133.32 =1.006 10 Pa = 106.6kPa p 二P b (P H2O P Hg) =98.0 (1.961 106.6) = 206.6kPa 4.锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角二^30，压力计中 3 使用；=0.8g / cm的煤油，斜管液体长度L = 200mm，当地大气压力p b =0.1MPa，求烟 气的绝对压力(用MPa表示)解： p 二L 也sin : = 200 0.8 9.81 0.5 =784.8 Pa = 784.8 10“ MPa p 二p b - p v =0.1 -784.8 10^ =0.0992MPa 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C为压力表，读数为110kPa，B为真空表，读数为45kPa。若当地大气压p b = 97kPa，求压力表A的读数(用kPa 表示) P g A =155kPa 6.试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。 (1).取水为系统； (2).取电阻丝、容器和水为系统； (3).取图中虚线内空间为系统。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为 13.4MPa ；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量， 其读数为706mmHg。若大气压力为0.098MPa，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力 (用MPa表示) p_! = 0.0247M Pa P2 = 0.0039M Pa 压变为p* =0.1 0M? P a 求此时真空表上的读数为多少mmMPa ?