习 题 九
9-1 一系统由图示的状态a 经acd 到达状态b ，系统吸收了320J 热量，系统对外作功126J 。 (1)若adb 过程系统对外作功 42J ，问有多少热量传入系统? (2)当系统由b 沿曲线ba 返回状态a ，外界对系统作功84 J ，试问系统是吸热还是放热? 热量是多少?
[解] 由热力学第一定律A E Q +?= 得 A Q E -=?
在a
在ba 过程中 J A E A E E Q b a 27884194333-=--=+?-=+-= 本过程中系统放热。
9-2 2mol 氮气由温度为 300K ，压强为510013.1?Pa (1atm)的初态等温地压缩到 510026.2?Pa(2atm)。求气体放出的热量。
[解] 在等温过程中气体吸收的热量等于气体对外做的功，所以
J P P RT M m A Q mol T 3211046.32
1
ln 30031.82ln ?-=???==
= 即气体放热为J 31046.3?。
9-3 一定质量的理想气体的内能E 随体积的变化关系为E - V 图上的一条过原点的直线，如图所示。试证此直线表示等压过程。
[证明] 设此直线斜率为k ，则此直线方程为kv E =
又E 随温度的关系变化式为T k T C M M
E v mol
'=?= 所以T k kV '= 因此
C k
k T V ='
=(C 为恒量) 又由理想气体的状态方程知，
C T
pV
'= (C '为恒量) 所以 p 为恒量
即此过程为等压过程。
9-4 2mol 氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图所示：(1)沿l →m →2路径。(2)1→2直线。试分别求出两过程中氧气对外作的功、吸收的热量及内能的变化。
[解] (1) 在1→m →2这一过程中，做功的大小为该曲线下所围的面积，氧气对外做负功。
()()J V V P A 4352121101.81010013.1105020?-=???-?-=--=
由气体的内能公式T C E V ν=和理想气体的状态方程RT pV ν=得
pV i
R RpV
i
R pVC R pV C E V v 2
2====νν
对于氧气i =5，所以其内能的变化为
()()()J 103.11010013.150510202
5
254351122?-=????-??=-=?-V p V p E
此过程吸收的热量为 ()J 104.9101.8103.1444111?-=?-?-=+?=A E Q (2)在从1→2过程中，由图知氧气对外作功为
()()()()J V V p p A 43521122101.51010013.110505202
121
?-=???-?+?-=-+-
= 内能的变化 ()J 103.14122?-=-=?E E E
吸收的热量 ()J 104.6101.5103.1444222?-=?-?-=+?=A E Q
9-5 10mol 单原子理想气体在压缩过程中外界对它作功209J ，其温度上升1K ，试求：(1) 气体吸收的热量与内能的增量。(2) 此过程中气体的摩尔热容量。
[解] (1) 内能的增量为 ()J 7.124131.82
3
10=???
=?=?T C E V ν 气体吸收的热量 ()J 3.842097.124-=-=+?=A E Q (2) 由气体摩尔热容量知 ()K mol J 43.83.8410
1
1?-=-?=?=T Q C ν
9-6 将压强为1atm ，体积为33m 101-?的氧气(25R C V =)从0℃加热到100℃。试分别求在等体(积)过程和等压过程中各需吸收多少热量。
[解] 由理想气体状态方程 RT pV ν= 0
0RT V
p RT pV =
=ν 在等容过程中吸收的热量为
()J 93100273
10110013.125253
5000=?????=?=
?=-T R RT V p T C Q V V ν 在等压过程中吸收的热量为
()J 130935
7
5727=?==?=?=V p p Q T R T C Q ν
ν
9-7 已知氢气的定体(积)比热为()K kg J 314?=V c ，若将氢气看作理想气体，求氩原子的质量。(定体(积)摩尔热容V mol V c M C =)。
[解] 由定容摩尔热容量的定义知 R R i C V 2
32==
因此 V
V V m o l c R
c C M 2
3
=
= 氩原子的质量为 ()kg 1059.6314
1002.631.823232623
-?=???===V A A
mol
c N R
N M m
9-8 为测定气体的λ (V p C C =)值有时用下列方法：一定量的气体的初始温度、体积和压强为0T 、0V 和0p ，用一根电炉4对它缓慢加热。两次加热的电流强度和时间相同，第一次保持体积0V 不变，而温度和压强变为1T 和1p 。第二次保持压强0p 不变，而温度和体积变为
2T 和1V 。试证明 ()()0
01001p V V V p p --=
γ
[证明] 两次加热气体吸收的热量相同，等容过程吸收的热量为()011T T C Q V -=ν 等压过程吸收的热量为 ()022T T C Q p -=ν 由 21Q Q =可得 ()()0201T T C T T C p V -=-νν 所以 0
20
1T T T T C C V
p --=
=
γ
由理想气体状态方程 000RT V p ν= 101RT V p ν= 210RT V p ν= 因此 00101V R p p T T ν-=- 00
102p R
V V T T ν-=- 所以得到 ()()0
01001p V V V p p --=γ
9-9 已知1mol 固体的状态方程为bp aT v v ++=0，内能apT cT E +=，式中0v 、a 、b 、c 均为常量，求该固体的p C 、V C 。
[解] 由热力学第一定律可得 p d V d E d A d E d Q +=+= (1) 由已知条件可得 bdp adT dV += (2) apdT aTdp CdT dE ++= (3) 将(2)、(3)代入(1)得 ()bdp adT p apdT aTdp CdT dQ ++++= (4)
在等压过程中，0=dp
所以 ()dT ap C dQ 2+= 因此 ap C C p 2+= 在等容过程中 0=dV
代入(2)式得 0=+bdp adT 因此 dT b
a dp -= 代入(4)式得
dT b T a ap c dT b a b adT p apdT dT b a aT CdT dQ ???
? ??-+=???? ????? ??-++
+???
??-+=2
所以 b
T
a ap c C V 2-+=
9-10 已知范德瓦尔斯气体的内能：0E V
a
T C E V +-=。其中V C 、a 、0E 为常数，试证明其绝热过程方程为()
常数=-V
C R b V T
[证明] 范德瓦尔斯气体的状态方程为 ()RT b V V a p =-??? ?
?
+2 (1)
又由已知条件可得 dV V a
dT C dE V 2
+
= (2) 绝热过程 0=dQ ，由热力学第一定律得 p d V dA dE -=-= (3)
由(2)、(3)式可得 p d V dV V a
dT C V -=+2
(4) 由 (1)式可得 2V
a
b V RT p --= (5)
将(5)代入(4)式有 dV b
V RT
dV V a dV V a dT C V --=+22
解得 b V RT
dT C V --=
积分得 ()常数=-+b V T R
C
V ln ln
即 ()常数=-R
C
V
T b V
这就是范德瓦尔斯气体的绝热过程方程。
9-11 如图所示是氮气循环过程，求：(1)一次循环气体对外作的功；(2)循环效率。
[解] (1) 一次循环过程气体对外作功的大小为闭合曲线所包围的面积，由图知，其包围的面积为
()()1412V V p p S --=
()()()J 100.2101015510335?=??-?-=-
该循环对外作功为正，所以 ()J 100.23?=A (2) 该循环过程中，从2→3，1→2为吸收热量过程 其中2→3为等压过程，吸收热量为 ()()223322332312
727V p V p R V p R V p R T T C Q p -=??? ??-=-=ννν
ν ()()J 104.110101105102
7
435?=???-?=
- 1→2为等容过程，吸收热量为 ()()11221132212125
25V p V p R V p R V p R T T C Q V -=???
? ??-=-=ννν
ν ()()J 1025.11010151102
5
335?=???-?=
- 因此吸收的总热量为 ()J 10525.1421?=+=Q Q Q
该循环的效率为 %1.13%10010
525.1100.24
3
=???==Q A η
9-12 一理想气体的循环过程如图所示，其中ca 为绝热过程，点 a 的状态参量为()11,V T ，点b 的状态参量为()22,V T ，理想气体的热容比为γ，求(1)气体在ab 、bc 过程中与外界是否
有热交换?数量是多少?(2)点c 的状态参量；(3)循环的效率。
[解] (1) ab 过程是等温过程，系统吸收热量为
1
2
1ln
V V RT A Q T ν== bc 过程是等容过程，系统吸收热量为 ()2T T C Q c V V -=ν 因 c T <2T ，故该过程是放热过程。 (2) 从图上可看到 2V V c =
又 ac 为绝热过程，故根据绝热方程 11
21
11
1T V
V T V V T c c --???
? ??=?
??
?
??=γγ
又有 γ
γ
11V p V p c c =
得到 1
2121
1121211-???
?
??=???
? ??=???? ??=γγ
γννV V V
RT V RT V V V V p p c
(3) ()()[]
()?????
?
??????-?-=--=--=-
=--12
121121112121212ln 11ln 1ln 11V V V V R C V V RT T V V T C V V RT T T C Q Q V V C V T V γγννη
9-13 图中闭合曲线为一理想气体的循环过程曲线，其中ab 、cd 为绝热线，bc 为等体(积)
线，da 为等压线，试证明其效率为
b
c a
d T T T T ---=γ
η1
式中了a T 、b T 、c T 、d T 分别为a 、b 、c 、d 各状态的温度，
v p C C =γ。
[证明] da 为放热过程，其放出的热量为 ()a d p T T C Q -=ν2 bc 为吸热过程，其吸收的热量为 ()b c V T T C Q -=ν1 所以其效率为 ()()b
c a d
b c V a d p T T T T T T C T T C Q Q ---=---=-
=γννη11112
9-14 如图所示，AB 、BC 为绝热线，COA 是等温线。 已知系统在COA 过程中放热J 100，
OAB 的面积是J 30，ODC 的面积为 J 70，试问在BOD 过程中系统是吸热还是放热?热量是多少?
[解] 因COA 是等温线，COA 过程中J Q A C A C A 100-== 又因AB 、DC 为绝热线，AB AB A E -=? DC DC A E -=? OAB 过程系统作负功，ODC 过程系统作正功，整个循环过程系统作功 3070-=+++C A DC BD AB A A A A
BOD 过程中系统吸热 A B BD DC AB BD BD E E E E E E A Q -+=?+?+?+=?+=140140 由于COA 是等温过程，过程中系统内能变化为零，即 0=-A B E E 因此BOD 过程中系统吸热 140=Q
9-15 一致冷机进行如图所示的循环过程，
其中
ab 、
cd 分
别是温度为1T 、2T 的等温线，bc 、da 为等压过程，设工作物质为理想气体。证明这致冷机致冷系数为： 1
21
21ln
22
p p i T T T ++
-=
ω [证明] ab 为等温过程，吸收热量为
1
2
111ln
p p RT A Q ν== cd 为等温过程，其放出的热量大小为
1
2
222ln
p p RT A Q ν== bc 为等压过程，吸收的热量为 ()123T T C Q p -=ν da 为等压过程，放出的热量大小为 ()124T T C Q p -=ν 所以致冷系数 ()()1
2
121314231ln 22
p p i T T T Q Q Q Q Q Q Q Q Q A
Q ++-=+-++=
-=
=
吸
放吸吸ω
9-16 mol 1理想气体，初态压强为1P ，体积为1V ，经等温膨胀使体积增加一倍，然后保持压强不变，使其压缩到原来的体积，最后保持体积不变，使其回到初态。 (1)试在V P -图上画出过程曲线；
(2)求在整个过程中内能的改变，系统对外作的净功、从外界吸收的热量以及循环效率。
[解] (1) 过程曲线
(2) 系统经过循环又回到初态，所以其内能改变量0=?E a →b 为等温过程，系统对外作正功2ln ln
111
2
1V p V V RT A ==ν b →c 为等压过程，系统对外作负功，其数值大小为()()122
1
11222V V V V p V V p A -=
-=
12p p
过程中总功 ()11122
1
111219.02ln V p V V V V p V p A A A =--
=-= 系统从外界吸收的净热量 1119.0V p A Q == a →b 过程吸热为 2ln 1111V p A Q ==
c →a 过程中吸收的热量为 ()??? ??-=-=R V p R
V
p C T T C Q V c a V νννν12112
()V p V V V p p V p p 112111121432323=???? ?
?-=-=
所以 %2.13132.04
3
2ln 19.01
1111
12
1==+=
+=
V p V p V p Q Q A
η
9-17 一可逆卡诺热机低温热源的温度为27℃，热机效率为 40％，它的高温热源的温度是多少?今欲将热机效率提高到50％，若低温热源保持不变，则高温热源的温度应增加多少度?
[解] 可逆卡诺循环的效率为1
2
1T T -
=η 所以 ()K 5004
.01300
121=-=-=
ηT T 若 %50='η，则 ()K 6005
.01300
121=-='-=
'ηT T 所以 ()K 10050060011=-=-'=?T T T
9-18 有一卡诺热机，用29kg 空气为工作物质，高温热源和低温热源的温度分别为27℃和-73℃，求此热机的效率。若在等温膨胀过程中工作物质的体积增大到2.718倍，则此热机每一循环所作的功是多少?
[解] 此热机的效率为 %3.33300
2001112=-=-
=T T η 在等温膨胀过程中，吸收的热量为
()J 1049.2718.2ln 30031.829
1029ln 43
1211?=????==V V RT Q ν
又 1
Q A
=
η
所以 ()J 1031.81049.23
1
54?=??=
A
9-19 在高温热源为127℃、低温热源为27℃之间工作的卡诺机，一次循环对外作净功为8000J ，今维持低温热源温度不变，提高高温热源的温度，使其一次循环对外作功10000J ，若两次循环该热机都工作在相同的两条绝热线之间，试求： (1)后一卡诺循环的效率。
(2)后一卡诺循环的高温热源的温度。
[解] (1) 设前一卡诺循环从高温热源吸收热量为1Q ，则有1
1
Q A =
η 又 4
14003001112=-=-
=T T η 所以 ()J 320004800011=?
==ηA Q 后一卡挪循环从高温热源吸收热量为
()J 34000800010000320001211=-+=-+='A A Q Q
所以第二个卡诺循环的效率为 %4.29%10034000
10000
12=?='=
'Q A η (2) 第二个卡诺循环的高温热源温度为 ()K 425294
.01300
121=-='-=
'ηT T
9-20 一台家用冰箱，放在气温为300K 的房间内，做一盘-13℃的冰需从冷冻室取走
J 1009.25?的热量。设冰箱为理想卡诺致冷机。 (1)求做一盘冰所需要的功；
(2)若此冰箱能以J 1009.25?的速率取走热量，求所要求的电功率是多少瓦? (3)做一盘冰需时若干?
[解] (1) 致冷系数为 2
12
2T T T A Q -==
ω 得到 ()()
()J 1022.32602603001009.2452212?=-??=-=
T T T Q A (2) 取走制一盘冰的热量所需要的时间为 ()s 1010
09.21009.232
5
=??=t 所以电功率为 ()s 2.32101022.33
4
=?=
=t A P (3) 做一盘冰所需要的时间为 310s 。
9-21 绝热容器中间有一无摩擦、绝热的可动活塞，如图所示，活塞两侧各有mol ν的理想气体，5.1=γ，其初态均为0P ，0V 、0T 。现将一通电线圈置入左侧气体中，对气体缓慢加热，左侧气体吸热膨胀推动活塞向右移，使右侧气体压强增加为0375.3P ，求； (1)左侧气体作了多少功?
(2)右侧气体的终态温度是多少? (3)左侧气体的终态温度是多少? (4)左侧气体吸收了多少热量?
[解] (1) 右侧气体所发生的过程为绝热过程。它对外所做的功的负值就是左侧气体所作的功。所以左侧气体作功为1
2
200---
='-=γV p V p A A
又对右侧气体：γγγ202200375.3V p V p V p == 因此 γ
10
2375
.3V V =
所以 000
00
0122001
375.3375
.31V p V p V p V p V p A =--=---=γγγ
(2) 对右侧气体，由绝热方程知 ()γγγ
γ---=21
0010375.3T p T p
得到 00325.1375.3T T T ===
(3) 左侧气体末态体积为 γ
1
02001375.32V V V V V V -
=-+=
得到 00000010011125.525.212375.3375.312375.3T
T T V p V V p R V p T =??
? ??-?=???
??-==γ
ν
(4) 左侧气体吸收热量
()()0000011125.5V p T T C A T T C A E Q V V +-=+-=+?=νν
由000RT V p ν= 知 R
V p T ν0
00= 又由 5.1=+=
=
V
V V
p C R
C C C γ，得到R C V 2= 所以 00000
015.925.42V p V p R
V p R Q =+?
??=νν
9-22
如图所示，在刚性绝热容器中有一可无摩擦移动而且不漏气的
导热隔板，将容器分为A 、B 两部分，各盛有1mol 的e H 气和2O 气。初态e H 、2O 的温度各为K 300=A T ，K 600=B T ；压强均为atm 1。求：
(1)整个系统达到平衡时的温度T 、压强P (氧气可视为刚性理想气体)； (2) e H 气和2O 气各自熵的变化。
[解] (1) 因中间是导热隔板，过程中两部分气体热量变化和作功的数值都相等，所以内能变化量的数值也相等，且由于初温度不同而末温度相同所以一正一负。
因此 ()()T T C T T C B VB B A VA A '-=-'νν
解得 K 5.48753600530032
5232523
=+?+?=++
=++=
'R R RT RT C C T C T C T B
A
VB
VA B VB A VA
因平衡时温度、压强都相等，且都是1mol ，所以体积也相等。
()A B A A B B
B A A A B A B A
p R
T T p R p RT p RT V V V V 45021212=+=???
? ??+=+='='νν 根据理想气体状态方程得到压强为
()atm 08.11450
5
.478450=?=?'=
'
'
=
'A p T R V T R p ν (2) He 气熵变
????
'''+=+==?T T V V A
VA A He He He A
A
A
T
RdV T dT V T pdV
dE T dQ S νν ()K J 45.92ln ln 23=++'
=
A
B A A T T T R T T R 氧气熵变 ?
?
?
?
'
''
+=+==?T T V V B VB B O O O B
B
B
T RdV
T
dT
V T
pdV
dE T
dQ S νν2
2
2
()K J 68.62ln ln 23-=++'
=
B
B A B T T T R T T R
9-23 已知在0℃1mol 的冰溶化为0℃的水需要吸收热量 6000 J ，求：
(1)在0℃条件下这些冰化为水时的熵变；
(2) 0℃时这些水的微观状态数与冰的微观状态数的比。
[解] (1) 温度不变时，熵变为 ()K J 0.22273
6000
1
==
==???
dQ T T dQ S (2) 根据波尔兹曼熵公式 冰冰Ω=ln k S 水水Ω=ln k S
冰
水冰水冰水ΩΩ=Ω-Ω=-=?ln
ln ln k k k S S S
根据上问结果，得
24
23
106.110
38.10
.22???===ΩΩ-e e e
k
S 冰
水
9-24 把2mol 的氧从40℃冷却到0℃，若(1)等体(积)冷却；(2)等压冷却。分别求其熵变是多少?
[解] 在等容压缩过程中dT C dQ V ν= 因此()K J 2.0313
273
ln 252273313-=?====
????R T dT C T dT C T dQ S V V νν 在等压冷却过程中，dT C dQ p ν=
()K J 28.0313
273ln 272273313-=?====????
R T dT C T dT C T dQ S p p νν
9-25 取1mol 理想气体，按如图所示的两种过程由状态A 到达状态C 。
(1)由A 经等温过程到达状态 C ；
(2)由A 经等体(积)过程到达状态B ，再经等压过程到达状态C 。
按上述两种过程计算谊系统的熵变A C S S -。已知A C V V 2=，A C p p 2
1
=。 [解] (1) 根据理想气体状态方程得
R
V p R V p T A
A A A A =
=
ν 因此等温过程中熵变为
????====?dV V
RT
T T pdV T dQ T dQ S A A A C
A ν1
2ln ln R V V R V dV
T RT A
C V V A
A C
A
===
?
(2) A →C 与A →B →C 两过程初末状态相同，熵是状态函数，只与初末位置有关，因此
两过程熵变相同等于2ln R 。
或：根据理想气体状态方程得 A A B B B V p R R V p T 2
1
1?==
ν A →B →C 过程熵变等于A →B 等容过程和B →C 等压过程中熵变的和
??????+=+=+=+=?C B p B A V
C B B A C B B A T dT C T dT C T dQ T dE T dQ T dQ S S S νν21
2ln 2ln 2ln R C C p V =+-=
大学物理热学总结 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
大学物理热学总结 (注：难免有疏漏和不足之处，仅供参考。 ) 教材版本：高等教育出版社《大学物理学》热力学基础 1、体积、压强和温度是描述气体宏观性质的三个状态参量。 ①温度：表征系统热平衡时宏观状态的物理量。摄氏温标，t表示，单位摄氏度（℃）。热力学温标，即开尔文温标，T表示，单位开尔文，简称开（K）。 热力学温标的刻度单位与摄氏温标相同，他们之间的换算关系： T/K=273.15℃+ t 温度没有上限，却有下限，即热力学温标的绝对零度。温度可以无限接近0K，但永远不能达到0K。 ②压强：气体作用在容器壁单位面积上指向器壁的垂直作用力。单位帕斯卡，简称帕（Pa）。其他：标准大气压（atm）、毫米汞高（mmHg）。 1 atm =1.01325×105 Pa = 760 mmHg ③体积：气体分子运动时所能到达的空间。单位立方米（m3）、升（L） 2、热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则这两个系统也必处于热平衡。 该定律表明：处于同一热平衡状态的所有热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征可以用一个状态参量来表示，这个状态参量既是温度。3、平衡态：对于一个孤立系统（与外界不发生任何物质和能量的交换）而言，如果宏观性质在经过充分长的时间后保持不变，也就是系统的状态参量不再岁时间改变，则此时系统所处的状态称平衡态。 通常用p—V图上的一个点表示一个平衡态。（理想概念） 4、热力学过程：系统状态发生变化的整个历程，简称过程。可分为： ①准静态过程：过程中的每个中间态都无限接近于平衡态，是实际过程进行的无限缓慢的极限情况，可用p—V图上一条曲线表示。 ②非准静态过程：中间状态为非平衡态的过程。
第 9 章热力学基础 一、选择题 1.对于准静态过程和可逆过程 , 有以下说法．其中正确的是 [ ] (A)准静态过程一定是可逆过程 (B)可逆过程一定是准静态过程 (C)二者都是理想化的过程 (D)二者实质上是热力学中的同一个概念 2.对于物体的热力学过程 , 下列说法中正确的是 [ ] (A)内能的改变只决定于初、末两个状态,与所经历的过程无关 (B)摩尔热容量的大小与所经历的过程无关 (C)在物体内 , 若单位体积内所含热量越多 , 则其温度越高 (D)以上说法都不对 3.有关热量 , 下列说法中正确的是 [ ] (A)热是一种物质 (B)热能是物质系统的状态参量 (C)热量是表征物质系统固有属性的物理量 (D)热传递是改变物质系统内能的一种形式 4.关于功的下列各说法中 , 错误的是 [ ] (A)功是能量变化的一种量度 (B)功是描写系统与外界相互作用的物理量 (C)气体从一个状态到另一个状态 , 经历的过程不同 , 则对外作的功也不一样 (D)系统具有的能量等于系统对外作的功
5. 理想气体状态方程在不同的过程中有不同的微分表达式, 式p d V M R d T 表 示 [ ] (A)等温过程(B)等压过程 (C) 等体过程(D)绝热过程 6.理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式 , 式V d p M R d T 表示 [ ] (A) 等温过程(B) 等压过程 (C) 等体过程(D) 绝热过程 7. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式V d p pdV 0表 示 [ ] (A) 等温过程(B) 等压过程 (C) 等体过程(D) 绝热过程 8.理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式 , 则式 M V d p p dV R d T 表示 [ ] (A)等温过程(B)等压过程 (C)等体过程(D)任意过程 9.热力学第一定律表明 : [ ] (A)系统对外作的功不可能大于系统从外界吸收的热量 (B)系统内能的增量等于系统从外界吸收的热量 (C)不可能存在这样的循环过程,在此过程中,外界对系统所作的功
《大学物理》课程论文 热力学基础 摘要： 热力学第一定律其实是包括热现象在内的能量转换与守恒定律。热力学第二定律则是指明过程进行的方向与条件的另一基本定律。热力学所研究的物质宏观性质，特别是气体的性质，经过气体动理论的分析，才能了解其基本性质。气体动理论，经过热力学的研究而得到验证。两者相互补充，不可偏废。人们同时发现，热力学过程包括自发过程和非自发过程，都有明显的单方向性，都是不可逆过程。但从理想的可逆过程入手，引进熵的概念后，就可以从熵的变化来说明实际过程的不可逆性。因此，在热力学中，熵是一个十分重要的概念。关键词： （1）热力学第一定律（2）卡诺循环（3）热力学第二定律（4）熵 正文： 在一般情况下，当系统状态变化时，作功与传递热量往往是同时存在的。如果有一个系统，外界对它传递的热量为Q，系统从内能为E1 的初始平衡状态改变到内能为E2的终末平衡状态，同时系统对外做功为A,那么，不论过程如何，总有： Q= E2—E1+A 上式就是热力学第一定律。意义是：外界对系统传递的热量，一部分
是系统的内能增加，另一部分是用于系统对外做功。不难看出，热力学第一定律气其实是包括热量在内的能量守恒定律。它还指出，作功必须有能量转换而来，很显然第一类永动机违反了热力学第一定律，所以它根本不可能造成的。 物质系统经历一系列的变化过程又回到初始状态，这样的周而复始的变化过程称为循环过程，或简称循环。经历一个循环，回到初始状态时，内能没有改变，这是循环过程的重要特征。卡诺循环就是在两个温度恒定的热源（一个高温热源，一个低温热源）之间工作的循环过程。在完成一个循环后，气体的内能回到原值不变。卡诺循环还有以下特征： ①要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源： ②卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关，高温热源的温 度越高，低温热源的温度越低，卡诺循环效率越大，也就 是说当两热源的温度差越大，从高温热源所吸取的热量Q1 的利用价值越大。 ③卡诺循环的效率总是小于1的（除非T2 =0K）。 那么热机的效率能不能达到100％呢？如果不可能到达100％，最大可能效率又是多少呢？有关这些问题的研究就促进了热力学第二定律的建立。 第一类永动机失败后，人们就设想有没有这种热机：它只从一个热源吸取热量，并使之全部转变为功，它不需要冷源，也没有释放热量。这种热机叫做第二类永动机。经过无数的尝试证明，第二类永动
第12章 气体动理论 一、填空题： 1、一打足气的自行车内胎，若在7℃时轮胎中空气压强为4.0×5 10pa .则在温度变为37℃， 轮胎内空气的压强是 。（设内胎容积不变） 2、在湖面下50.0m 深处（温度为4.0℃），有一个体积为531.010m -?的空气泡升到水面上 来，若湖面的温度为17.0℃，则气泡到达湖面的体积是 。（取大气压强为50 1.01310p pa =?） 3、一容器内储有氧气，其压强为50 1.0110p pa =?，温度为27.0℃，则气体分子的数密度 为 ；氧气的密度为 ；分子的平均平动动能为 ； 分子间的平均距离为 。（设分子均匀等距排列） 4、星际空间温度可达2.7k ，则氢分子的平均速率为 ，方均根速率为 ， 最概然速率为 。 5、在压强为5 1.0110pa ?下，氮气分子的平均自由程为66.010cm -?，当温度不变时，压强为 ，则其平均自由程为1.0mm 。 6、若氖气分子的有效直径为82.5910cm -?，则在温度为600k ，压强为2 1.3310pa ?时，氖分子1s 内的平均碰撞次数为 。 7、如图12-1所示两条曲线(1)和(2),分别定性的表示一定量的 某种理想气体不同温度下的速率分布曲线,对应温度高的曲线 是 .若图中两条曲线定性的表示相同温 度下的氢气和氧气的速率分布曲线,则表示氧气速率分布曲线的 是 . 图12-1
8、试说明下列各量的物理物理意义： （1） 12kT ， （2）32 kT ， （3）2i kT ， （4）2 i RT ， （5）32RT ， （6）2M i RT Mmol 。 参考答案： 1、54.4310pa ? 2、536.1110m -? 3、2533 2192.4410 1.30 6.2110 3.4510m kg m J m ----???? 4、2121 121.6910 1.8310 1.5010m s m s m s ---?????? 5、6.06pa 6、613.8110s -? 7、（2） ，（2） 8、略 二、选择题： 教材习题12-1，12-2，12-3，12-4. （见课本p207～208） 参考答案：12-1～12-4 C, C, B, B. 第十三章热力学基础 一、选择题 1、有两个相同的容器，容积不变，一个盛有氦气，另一个盛有氢气（均可看成刚性分 子）它们的压强和温度都相等，现将 5 J 的热量传给氢气，使氢气温度升高，如果使氦气也 升高同样的温度，则应向氦气传递的热量是 （ ） （A ） 6 J （B ） 5 J （C ） 3 J （D ） 2 J 2、一定量理想气体，经历某过程后，它的温度升高了，则根据热力学定理可以断定： （1）该理想气体系统在此过程中作了功； （2）在此过程中外界对该理想气体系统作了正功；
《大学物理学》热力学基础 一、选择题 13-1．如图所示，bca 为理想气体的绝热过程，b 1a 和b 2a 是任意过程，则上述两过程中气体做功与吸收热量的情况是 ( ) （A ）b 1a 过程放热、作负功，b 2a 过程放热、作负功； （B ）b 1a 过程吸热、作负功，b 2a 过程放热、作负功； （C ）b 1a 过程吸热、作正功，b 2a 过程吸热、作负功； （D ）b 1a 过程放热、作正功，b 2a 过程吸热、作正功。 【提示：体积压缩，气体作负功；三个过程中a 和b 两点之间的内能变化相同，bca 线是绝热过程，既不吸热也不放热，b 1a 过程作的负功比b 2a 过程作的负功多，由Q W E =+?知b 2a 过程放热，b 1a 过程吸热】 13-2．如图，一定量的理想气体，由平衡态A 变到平衡态B ，且他们的压强相等，即A B P P =。问在状态A 和状态B 之间，气体无论经过的是什么过程，气体必然 ( ) （A ）对外作正功；（B ）内能增加； （C ）从外界吸热；（D ）向外界放热。 【提示：由于A B T T <，必有A B E E <；而功、热量是 过程量，与过程有关】 13-3．两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个盛氦气(均视为刚性理想气体)，开始时它们的压强和温度都相同，现将3 J 的热量传给氦气，使之升高到一定的温度，若氢气也升高到同样的温度，则应向氢气传递热量为 ( ) （A ）6J ； （B ）3J ； （C ）5J ； （D ）10J 。 【提示：等体过程不做功，有Q E =?，而2 mol M i E R T M ?= ?，所以需传5J 】 13-4．有人想象了如图所示的四个理想气体的循环过程，则在理论上可以实现的是（ ） A （） C （） B （） D （）
第9章 热力学基础 一、选择题 1. 对于准静态过程和可逆过程, 有以下说法．其中正确的是 [ ] (A) 准静态过程一定是可逆过程 (B) 可逆过程一定是准静态过程 (C) 二者都是理想化的过程 (D) 二者实质上是热力学中的同一个概念 2. 对于物体的热力学过程, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 内能的改变只决定于初、末两个状态, 与所经历的过程无关 (B) 摩尔热容量的大小与所经历的过程无关 (C) 在物体内, 若单位体积内所含热量越多, 则其温度越高 (D) 以上说法都不对 3. 有关热量, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 热是一种物质 (B) 热能是物质系统的状态参量 (C) 热量是表征物质系统固有属性的物理量 (D) 热传递是改变物质系统内能的一种形式 4. 关于功的下列各说法中, 错误的是 [ ] (A) 功是能量变化的一种量度 (B) 功是描写系统与外界相互作用的物理量 (C) 气体从一个状态到另一个状态, 经历的过程不同, 则对外作的功也不一样 (D) 系统具有的能量等于系统对外作的功 5. 理想气体状态方程在不同的过程中有不同的微分表达式, 示 [ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 绝热过程 6. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式 [ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 绝热过程 7. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式0d d =+V p p V 表
示 [ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 绝热过程 8. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 则式 [ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 任意过程 9. 热力学第一定律表明: [ ] (A) 系统对外作的功不可能大于系统从外界吸收的热量 (B) 系统内能的增量等于系统从外界吸收的热量 (C) 不可能存在这样的循环过程, 在此过程中, 外界对系统所作的功 不等于系统传给外界的热量 (D) 热机的效率不可能等于1 10. 对于微小变化的过程, 热力学第一定律为d Q = d E +d A ．在以下过程中, 这三者同时为正的过程是 [ ] (A) 等温膨胀 (B) 等容膨胀 (C) 等压膨胀 (D) 绝热膨胀 11. 对理想气体的等压压缩过程，下列表述正确的是 [ ] (A) d A ＞0, d E ＞0, d Q ＞0 (B) d A ＜0, d E ＜0, d Q ＜0 (C) d A ＜0, d E ＞0, d Q ＜0 (D) d A = 0, d E = 0, d Q = 0 12. [ ] (A) 理想气体 (B) 等压过程 (C) 准静态过程 (D) 任何过程 13. 一定量的理想气体从状态),(V p 出发, 到达另一状态)2 ,(V p ． 一次是等温压缩到2V , 外界作功A ；另一次为绝热压缩到2 V , 外界作功W ．比较这两个功值的大小是 [ ] (A) A ＞W (B) A = W (C) A ＜W (D) 条件不够，不能比较 14. 1mol 理想气体从初态(T 1、p 1、V 1 )等温压缩到体积V 2, 外界对气体所作的功为 [ ] (A) 121ln V V RT (B) 2 11ln V V RT
第9章热力学基础 一、选择题 1. 对于准静态过程和可逆过程, 有以下说法．其中正确的是 [] (A>准静态过程一定是可逆过程 (B>可逆过程一定是准静态过程 (C>二者都是理想化的过程 (D>二者实质上是热力学中的同一个概念 2. 对于物体的热力学过程, 下列说法中正确的是 [] (A>内能的改变只决定于初、末两个状态, 与所经历的过程无关 (B>摩尔热容量的大小与所经历的过程无关 (C>在物体内, 若单位体积内所含热量越多, 则其温度越高 (D>以上说法都不对 3. 有关热量, 下列说法中正确的是 [](A>热是一种物质 (B>热能是物质系统的状态参量 (C>热量是表征物质系统固有属性的物理量 (D>热传递是改变物质系统内能的一种形式 4. 关于功的下列各说法中, 错误的是 [](A>功是能量变化的一种量度 (B>功是描写系统与外界相互作用的物理量 (C>气体从一个状态到另一个状态, 经历的过程不同, 则对外作的功也不一样 (D>系统具有的能量等于系统对外作的功 5. 理想气体状态方程在不同的过程中有不同的微分表达式, 式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>绝热过程 6. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>绝热过程 7. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>绝热过程 8. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式,
则式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>任意过程 9. 热力学第一定律表明: [](A>系统对外作的功不可能大于系统从外界吸收的热量 (B>系统内能的增量等于系统从外界吸收的热量 (C>不可能存在这样的循环过程, 在此过程中, 外界对系统所作的功 不等于系统传给外界的热量 (D>热机的效率不可能等于1 10. 对于微小变化的过程, 热力学第一定律为d Q= d E d A．在以下过程中, 这三者同时为正的过程是 [](A>等温膨胀(B>等容膨胀 (C>等压膨胀(D>绝热膨胀 11. 对理想气体的等压压缩过程，下列表述正确的是 [](A> d A＞0, d E＞0, d Q＞0 (B> d A＜0, d E＜0, d Q＜0 (C> d A＜0, d E＞0, d Q＜0 (D> d A = 0, d E = 0, d Q = 0 12. 功的计算式适用于 [](A>理想气体(B>等压过程 (C>准静态过程(D>任何过程 13. 一定量的理想气体从状态出发, 到达另一状态．一次是等温压缩到, 外界作功A；另一次为绝热压缩到, 外界作功W．比较这两个功值的大小是 [](A>A＞W(B>A = W(C>A＜W (D>条件不够，不能比较 14. 1mol理想气体从初态(T1、p1、V1 >等温压缩到体积V2, 外界对气体所作的功为 [](A>(B> (C>(D> 15. 如果W表示气体等温压缩至给定体积所作的功, Q表示在此过程中气体吸收的热量, A表示气体绝热膨胀回到它原有体积所作的功, 则整个过程中气体内能的变化为 [](A>W＋Q－A(B>Q－W－A (C>A－W－Q(D>Q＋A－W
哈尔滨理工大学 大学物理《热力学》作业卷（二十五） 姓名： 专业： 年级： 学号： １、 １mol 单原子分子理想气体，经历如图所示的可逆循环， 联结 ac 两点曲线III 的方程为 p ＝ p 0Ｖ２／V 0２，a 点的 温度为T 0。（１）试以T 0、Ｒ表示I 、II 、III 过程中气体吸 收的热量；（２）求此循环的效率。（提示：循环效率的定义 式η ＝ １ － Q 2／Q 1，Q 1为循环中气体吸收的热量，Q 2 为循环中气体放出的热量。） ２、 在温度分别为327?C 和27?C 的高温热源之间工作的 热机，理论上的最大效率为 ［ ］ （Ａ） 25％ （Ｂ） 50％ （Ｃ） 75％ （Ｄ） 91.74％ ３、 如右图所示，理想气体从状态Ａ出发，经ABCDA 循环过 程，回到初态Ａ点，则循环过程中气体净吸收的热量为Ｑ＝ 。 4、1mol 双原子分子理想气体从状态Ａ（p 1 V 1）沿p —Ｖ 图所示直线变化到状态Ｂ（p 2 V 2），试求：（１）气体内能的 增量；（２）气体对外界所作的功；（３）气体吸收的热量；（４） 此过程的摩尔热容。 5、理想气体向真空作绝热膨胀 ［ ］ （Ａ） 膨胀后温度不变、压强减小； （Ｂ） 膨胀后温度升高、压强减小； （Ｃ） 膨胀后温度降低、压强减小； （Ｄ） 膨胀后温度不变、压强不变。 6、对于理想气体系统来说，在下列过程中，哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外界作的功三故里均为负值？ ［ ］ （Ａ）等容降压过程（Ｂ）等温膨胀过程（Ｃ）绝热膨胀过程（Ｄ）等压压缩过程 7、从统计意义来解释 不可逆过程实质上是一个 的转变过程； 一切实际过程都向着 的方向进行。 8、“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外作功。”对此说法，有如下评论，哪种是正确的？ ［ ］ （Ａ）不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律； （Ｂ）不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律； （Ｃ）不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律； （Ｄ）违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律。 ９、 对于单原子分子理想气体，下面各式分别代表什么物理意义？ ()RT 231 ()R 232 ()R 253 10、一定量的刚性双原子分子理想气体，开始时处于压强为p 0 ＝ 1.0?105p a ，体积为Ｖ0 ＝ 4?10－３m 3，温度为T 0 ＝ 300Ｋ的初态后经等压膨胀过程温度上升到T 1＝450Ｋ，再经绝热过程降回到T 2＝ 300Ｋ，求气体在整个过程中对外所作的功。
一、选择题 1．一定量的理想气体贮于某一容器中，温度为T ，气体分子的质量为m 。根据理想气体的分子模型和统计假设，分子速度在x 方向的分量平方的平均值 (A) m kT x 32=v (B) m kT x 3312=v (C) m kT x /32=v (D) m kT x /2=v 2．一定量的理想气体贮于某一容器中，温度为T ，气体分子的质量为m 。根据理想气体分子模型和统计假设，分子速度在x 方向的分量的平均值 (A) m kT π8=x v (B) m kT π831=x v (C) m kT π38=x v (D) =x v 0 ［ ］ 3．4014：温度、压强相同的氦气和氧气，它们分子的平均动能ε和平均平动动能w 有如下关系： (A) ε和w 都相等 (B) ε相等，而w 不相等 (C) w 相等，而ε不相等 (D) ε和w 都不相等 4．4022：在标准状态下，若氧气(视为刚性双原子分子的理想气体)和氦气的体积比V 1 / V 2=1 / 2 ，则其内能之比E 1 / E 2为： (A) 3 / 10 (B) 1 / 2 (C) 5 / 6 (D) 5 / 3 5．4023：水蒸气分解成同温度的氢气和氧气，内能增加了百分之几(不计振动自由度和化学能)？ (A) 66.7％ (B) 50％ (C) 25％ (D) 0 6．4058：两瓶不同种类的理想气体，它们的温度和压强都相同，但体积不同，则单位体积内的气体分子数n ，单位体积内的气体分子的总平动动能(E K /V )，单位体积内的气体质量ρ，分别有如下关系： (A) n 不同，(E K /V )不同，ρ不同 (B) n 不同，(E K /V )不同，ρ相同 (C) n 相同，(E K /V )相同，ρ不同 (D) n 相同，(E K /V )相同，ρ相同 7．4013：一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们 (A) 温度相同、压强相同 (B) 温度、压强都不相同 (C) 温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强 (D) 温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强 8．4012：关于温度的意义，有下列几种说法：(1) 气体的温度是分子平均平动动能的量度；(2) 气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义；(3) 温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同；(4) 从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度。这些说法中正确的是 (A) (1)、(2)、(4)；(B) (1)、(2)、(3)；(C) (2)、(3)、(4)；(D) (1)、(3) 、(4)； ［ ］ 9．4039：设声波通过理想气体的速率正比于气体分子的热运动平均速率，则声波通过具有相同温度的氧气和氢气的速率之比22H O /v v 为 (A) 1 (B) 1/2 (C) 1/3 (D) 1/4 10．4041：设图示的两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子的速率分布曲线；令()2 O p v 和()2H p v 分别表示氧气和氢气的最概然速率，则： (A) 图中ａ表示氧气分子的速率分布曲线； ()2O p v /()2H p v =4
大学物理热学试卷 一、选择题： 1、三个容器A 、B 、C 中装有同种理想气体，其分子数密度n 相同，而方均根速率之比为 ()()() 2 /122 /122 /12::C B A v v v ＝1∶2∶4，则其压强之比A p ∶B p ∶ C p 为： (A) 1∶2∶4． (B) 1∶4∶8． (C) 1∶4∶16． (D) 4∶2∶1． ［ ］ 2、温度为T 时，在方均根速率s /m 50) (2 12 ±v 的速率区间内，氢、氨两种气体分子数占总分 子数的百分率相比较：则有（附：麦克斯韦速率分布定律： v v v ?????? ? ? ?-?? ? ??π=?22 2 /32exp 24kT m kT m N N ， 符号exp(a )，即e a .） (A) ()()22N H //N N N N ?>? (B) ()()22N H //N N N N ?=? (C) ()()22N H //N N N N ?? 温度较高时()()22N H //N N N N ?
热力学选择题 1、在气缸中装有一定质量的理想气体，下面说确的是：（ ） （A ） 传给它热量，其能一定改变。 （B ） 对它做功，其能一定改变。 （C ） 它与外界交换热量又交换功，其能一定改变。 （D ） 以上说法都不对。 （3分） 答案：D 2、理想气体在下述过程中吸收热量的是（ ） （A ）等容降压过程 （B ）等压压缩过程 （C ）绝热膨胀过程 （D ）等温膨胀过程 （3分） 答案：D 3、理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小分别为1S 和2S ，二者的关系是（ ） （A ）21S S > （B ）21S S < （C ）S 1 =S 2 （D ）不能确定 （3分） 答案：C 4、有两个可逆的卡诺循环，ABCDA 和11111A B C D A ，二者循环线包围的面积相等，如图所示。设循环ABCDA 的热效率为η，每次循环从高温热源吸收热量Q ，循环11111A B C D A 的热效率为η，每次循环从高温热源吸收热量1Q ，则（ ） （A ）11,Q Q <<ηη （B ）11,Q Q ><ηη （C ）11,Q Q <>ηη （D ）11,Q Q >>ηη （3分） 答案：B 5、一定量的理想气体，分别经历如图所示的abc 过程（图中虚线ac 为等温线）和 def 过程（图中虚线 df 为绝热线）。试判断这两种过程是吸热还是放热（ ） （A ）abc 过程吸热，def 过程放热。（C ）abc 过程和 def 过程都吸热。 V P P V
（B）abc 过程放热def 过程吸热（D）abc过程和def 过程都放热。 V （3分） 答案：A 6、对于理想气体系统来说，在下列过程中，哪个过程系统所吸收的热量、能的增量和对外做得功三者均为负值？( ) （A）等容降压过程。(B) 等温膨胀过程。(C) 绝热膨胀过程。(D) 等压压缩过程。（3分） 答案：D 7、关于可逆过程，下列说确的是（） （A）可逆过程就是可以反向进行的过程。 （B）凡是可以反向进行的过程均为可逆过程。 （C）可逆过程一定是准静态过程。 （D）准静态过程一定是可逆过程。 （3分） 答案：C 8、下面正确的表述是（） (A) 功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功。 （B）热量能从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体。 （C）开尔文表述指出热功转换的可逆性。 （D）克劳修斯表述指出了热传导的不可逆性。 （3分） 答案：D 9、一台工作于温度分别为327 ℃和27 ℃的高温热源与低温源之间的卡诺热机，每经历一个循环吸热2 000 J，则对外作功( ) (A) 2 000J (B) 1 000J (C) 4 000J (D) 500J （3分） 答案：B 10、“理想气体和单一热源接触作等温臌胀时，吸收的热量全部用来对外作功。”对此说法，有如下几种评论，哪种是正确的( ) （A）不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律 （B）不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律 （C）不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律 （D）违反热力学第二定律，也违反热力学第二定律 （3分）
第九章 热力学基础主要内容 一.准静态过程（理想过程，在P-V 图中代表一条线） 系统从一个平衡态到另一个平衡态，中间经历的每一状态都可以近似看成平衡态（平衡态在P-V 图中代表一个点）过程。 二.理想气体状态方程： 112212PV PV PV C T T T =→=； m PV RT M '=； P nkT = 8.31J R k mol =；231.3810J k k -=?；2316.02210A N mol -=?；A R N k = 三.热力学第一定律 Q E W =?+；dQ dE dW =+ 1.气体做功 21V V W Pdv =? （规定气体对外做功>0 ） 2.Q （规定气体从外界吸收热量>0，过程量，只有在某个过程中才有意义） 3.2121()V m V m m m dE C dT E E C T T M M ''= -=- 或 （状态量，理想气体内能只取决于温度，内能变化公式适用于任意的过程。）,2V m i C R =，=，P +22m i C R （i 为自由度，单原子分子自由度为3，双原子分子为5，多原子分子为6）， =+，P ,m V m C C R ，气体比热容比：γ=>,,1P m V m C C 四.热力学第一定律在理想气体的等值过程和绝热过程中的应用 1. 等体过程 -2(V m T 2. 等压过程
?=?-=-???=?+=-=??????=-???21212121()() +2 ()2()=2p m V m m W P V V R T T M m i Q E W C T T P V M m i E C T T P V M 3.等温过程 212211 0T T E E m V m p Q W RTln RTln M V M p -=??''?===?? 1. 绝热过程 210() V m Q W E C T T ν=???=-?=--?? 绝热方程1PV C γ=， -12V T C γ= ，13P T C γγ --= 。 五.循环过程 特点：系统经历一个循环后，0E ?= 系统经历一个循环后Q W =（代数和）（代数和） 1. 正循环（顺时针）-----热机 逆循环（逆时针）-----致冷机 2. 热机效率： 122 111 1Q Q Q W Q Q Q η-===- 式中：1Q ------在一个循环中，系统从高温热源吸收的热量和； 2Q ------在一个循环中，系统向低温热源放出的热量和； 12W Q Q ＝－------在一个循环中，系统对外做的功（代数和）。 卡诺热机效率（两条等温＋两条绝热线构成的正循环） 2 1 1c T T η=-（效率公式要求会推导） 式中：1T ------高温热源温度；2T ------低温热源温度； 4. 制冷机的制冷系数： 2 2 12Q = Q -Q =定义：Q e W
图1 06章 一、填空题 1、热力学第二定律的微观实质可以理解为：在孤立系统内部所发生的不可逆过程，总是沿着熵 的方向进行。 2、热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述是等价的，表明在自然界中与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，开尔文表述指出了_____________的过程是不可逆的，而克劳修斯表述指出了__________的过程是不可逆的。 3．一定量的某种理想气体在某个热力学过程中，外界对系统做功240J ，气体向外界放热620J ，则气体的内能 (填增加或减少)，E 2—E 1= J 。 4．一定量的理想气体在等温膨胀过程中，内能 ，吸收的热量全部用于 。 5．一定量的某种理想气体在某个热力学过程中，对外做功120J ，气体的内能增量为280J ，则气体从外界吸收热量为 J 。 6、在孤立系统内部所发生的过程，总是由热力学概率 的宏观状态向热力学概率 的宏观状态进行。 7、一定量的单原子分子理想气体在等温过程中,外界对它作功为200J.则该过程中需吸热_______J 。 8、一定量的气体由热源吸收热量526610J ??,内能增加5 41810J ??,则气体对外作 功______J 。 9、工作在7℃和27℃之间的卡诺致冷机的致冷系数为 ，工作 在7℃和27℃之间的卡诺热机的循环效率为 。 10、2mol 单原子分子理想气体,经一等容过程后,温度从200K 上升到500K,则气体吸收的热量为_____J 。 11、气体经历如图1所示的一个循环过程，在这个循环中， 外界传给气体的净热量是 J 。 12、一热机由温度为727℃的高温热源吸热，向温度为 527℃的低温热源放热。若热机可看作卡诺热机，且每一 循环吸热2000J,则此热机每一循环作功 J 。 13、1mol 的单原子分子理想气体，在1atm 的恒定压强下，从0℃加热到100℃，则气体的
大学物理2-1第九章(热力学基础)习题答案
习 题 九 9-1 一系统由图示的状态a 经acd 到达状态b ，系统吸收了320J 热量，系统对外作功126J 。 (1)若adb 过程系统对外作功 42J ，问有多少热量传入系统? (2)当系统由b 沿曲线ba 返回状态a ，外界对系统作功84 J ，试问系统是吸热还是放热? 热量是多少? [解] 由热力学第一定律A E Q +?= 得 A Q E -=? 在a
9-3 一定质量的理想气体的内能E 随体积的变化关系为E - V 图上的一条过原点的直线，如图所示。试证此直线表示等压过程。 [证明] 设此直线斜率为k ，则此直线方程为 kv E = 又E 随温度的关系变化式为T k T C M M E v mol '=?= 所以T k kV '= 因此C k k T V =' =(C 为恒量) 又由理想气体的状态方程知，C T pV '= (C '为恒量) 所以 p 为恒量 即此过程为等压过程。 9-4 2mol 氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图所示：(1)沿l →m →2路径。(2)1→2直线。试分别求出两过程中氧气对外作的功、吸收的热量及内能的变化。 [解] (1) 在1→m →2这一过程中，做功的大小为该曲线下所围的面积，氧气对外做负功。 ()()J V V P A 4 3 5 2 1 2 1 101.81010013.1105020?-=???-?-=--= 由气体的内能公式T C E V ν=和理想气体的状态 方程RT pV ν=得
第九章 热力学基础主要内容 一.准静态过程（理想过程，在P-V 图中代表一条线） 系统从一个平衡态到另一个平衡态，中间经历的每一状态都可以近似看成平衡态（平衡态在P-V 图中代表一个点）过程。 二.理想气体状态方程： 112212PV PV PV C T T T =→=； m PV RT M '=； P nkT = 8.31J R k mol =g ；231.3810J k k -=?；2316.02210A N mol -=?；A R N k =g 三.热力学第一定律 Q E W =?+；dQ dE dW =+ 1.气体做功 21V V W Pdv =? （规定气体对外做功>0 ） 2.Q （规定气体从外界吸收热量>0，过程量，只有在某个过程中才有意义） 3.2121()V m V m m m dE C dT E E C T T M M ''=-=-g g 或 （状态量，理想气体内能只取决于温度，内能变化公式适用于任意的过程。）,2V m i C R =g ，=，P +22m i C R （i 为自由度，单原子分子自由度为3，双原子分子为5，多原子分子为6）， =+，P ,m V m C C R ，气体比热容比：γ=>,,1P m V m C C 四.热力学第一定律在理想气体的等值过程和绝热过程中的应用 1. 等体过程 2. 等压过程
3.等温过程 212 211 T T E E m V m p Q W R T ln R T ln M V M p -=??' '?===?? 1. 绝热过程 210 () V m Q W E C T T ν=???=-?=--??g 绝热方程1PV C γ=， -12V T C γ= ，13P T C γγ--= 。 五.循环过程 特点：系统经历一个循环后，0E ?= 系统经历一个循环后Q W =（代数和）（代数和） 1. 正循环（顺时针）-----热机 逆循环（逆时针）-----致冷机 2. 热机效率： 122111 1Q Q Q W Q Q Q η-===- 式中：1Q ------在一个循环中，系统从高温热源吸收的热量和； 2Q ------在一个循环中，系统向低温热源放出的热量和； 12W Q Q ＝－------在一个循环中，系统对外做的功（代数和）。 卡诺热机效率（两条等温＋两条绝热线构成的正循环） 2 1 1c T T η=-（效率公式要求会推导） 式中：1T ------高温热源温度；2T ------低温热源温度； 4. 制冷机的制冷系数： 卡诺制冷机的制冷系数：2 21212 Q T e Q Q T T ==-- 六. 热力学第二定律 2 2 12 Q = Q -Q =定义：Q e W
第九章 热力学基础 一、选择题 1. 如图1所示，一定量的理想气体，由平衡状态A 变到平衡状态B （p A =p B ），则无论经 过的是什么过程，系统必然 （A ）对外做正功 （B ）内能增加 （C ）从外界吸热 （D ）向外界放热 答案：B 分析：功和热量为过程量，其大小、正负与过程有关，故A 、C 、D 选项错误；内能（温度）为状态量，与过程无关。由图可知，B 点内能高于A 点（由内能公式E =ipV 2?可得，式中i 为气体分子自由度，见《气体动理论》选择题1）。 2. （◇）对于室温下的单原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所做的功与从外界吸收的热量之比W Q ?等于 （A ）23? （B ）12? （C ）25? （D ）27? 答案：C 分析：由等压过程公式?Q:?E:?W =(i +2):i:2可得W Q ?=2(3+2)=25??。 3. 压强、体积、温度都相等的常温下的氧气和氦气，分别在等压过程中吸收了相等的热量，它们对外做的功之比为 （A ）1：1 （B ）5：9 （C ）5：7 （D ）9：5 答案：C 分析：（参考选择题2）可得 ?W =2i +2?Q → ?W O 2?W He =2?Q (i O 2+2)?2?Q (i He +2)?=3+25+2=57 关于自由度i 可参考《气体动理论》选择题1。 4. 在下列理想气体过程中，哪些过程可能发生？ （A ）等体积加热时，内能减少，同时压强升高 （B ）等温压缩时，压强升高，同时吸热 （C ）等压压缩时，内能增加，同时吸热 （D ）绝热压缩时，压强升高，同时内能增加 答案：D
大学物理热力学论文 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
《大学物理》课程论文 热力学基础 摘要： 热力学第一定律即热现象在内的能量转换与守恒定律。热力学第二定律则是指明过程进行的方向与条件的另一基本定律。从理想的可逆过程入手，引进熵的概念后，就可以从熵的变化来说明实际过程的不可逆性。因此，在热力学中，熵是一个十分重要的概念。 关键词： 热力学第一定律卡诺循环热力学第二定律熵 引言 在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。 一.热力学第一定律 1.历史渊源与科学背景 北宋时刘昼明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而生火。”古希腊米利都学派的那拉克西曼德（Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。恩培多克勒（Empedocles,约公元前500—430）更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学