热力学讨论题

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 -pv pb pg1 p2=pg2+p1 (p< pb) pg2中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压pb 改变，压力表读数就会改变。

当地大气压pb 不一定是环境大气压。

5．温度计测温的基本原理是什么？热力学第零定律p1=pg1+pb 4 题图The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperatu re. In order to measure temperature of body A, we compare body C —a thermometer —with body A and temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperatur e of body A with temperature scale marked on thermometer. 6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。

第四章气体和蒸汽的基本热力过程4.1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。

答：主要解决的问题及方法：(1) 根据过程特点（及状态方程）——确定过程方程 (2) 根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系 (3) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ∆∆∆(4) 分析能量转换关系（P —V 图及T —S 图）（根据需要可以定性也可以定量） 例：1)过程方程式：T =常数（特征）PV =常数（方程） 2)始、终状态参数之间的关系：12p p =21v v 3)计算各量：u ∆=0、h ∆=0、s ∆=21p RInp -=21v RIn v 4)P ?V 图，T ?S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况4.2对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用答：不是都适用。

第一组公式适用于任何一种过程。

第二组公式21()v q u c t t =∆=-适于定容过程,21()p q h c t t =∆=-适用于定压过程。

4.3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。

定温过程气体的温度不变，在定温过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？ 答：定温过程对气体应加入的热量4.4过程热量q 和过程功w 都是过程量，都和过程的途径有关。

由理想气体可逆定温过程热量公式2111v q p v Inv =可知，故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了，q 的数值也确定了，是否q 与途径无关？ 答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。

所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。

4.5在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功w δ，问这v Q mc dT δ=是否成立？ 答：成立。

这可以由热力学第一定律知，由于是定容过2211v v dvw pdv pvpvIn RTIn v v v ====⎰⎰为零。

第十一章 制冷循环1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。

在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。

2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。

在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。

3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。

工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。

而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。

而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。

因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？答：压缩空气制冷循环的制冷系数为：()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε===T（a ） （b ） 压缩空气制冷循环状态参数图空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()()142314T T T T T T ε-=--- 循环压缩比为：21p p π=过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1322114k k T T P T P T -⎛⎫== ⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得：111k k επ-=- 由此式可知，制冷系数与增压比有关。

（完整版）哈⼯⼤⼯程热⼒学习题答案——杨⽟顺版第⼆章热⼒学第⼀定律思考题1. 热量和热⼒学能有什么区别？有什么联系？答：热量和热⼒学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热⼒系通过界⾯与外界进⾏的热能交换量，是与热⼒过程有关的过程量。

热⼒系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；⽽热⼒学能指的是热⼒系内部⼤量微观粒⼦本⾝所具有的能量的总合，是与热⼒过程⽆关⽽与热⼒系所处的热⼒状态有关的状态量。

简⾔之，热量是热能的传输量，热⼒学能是能量？的储存量。

⼆者的联系可由热⼒学第⼀定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热⼒学能的变化。

2. 如果将能量⽅程写为d d q u p v δ=+或d d q h v p δ=-那么它们的适⽤范围如何？答：⼆式均适⽤于任意⼯质组成的闭⼝系所进⾏的⽆摩擦的内部平衡过程。

因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭⼝系将 du 代⼊第⼀式得q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。

3. 能量⽅程δq u p v =+d d （变⼤）与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变⼤）很相像，为什么热量 q 不是状态参数，⽽焓 h 是状态参数？答：尽管能量⽅程 q du pdv δ=+与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变⼤）似乎相象，但两者的数学本质不同，前者不是全微分的形式，⽽后者是全微分的形式。

是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。

对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+蜒? 因为0du =??，()0d pv =??所以0dh =??，因此焓是状态参数。

⽽对于能量⽅程来说，其循环积分：q du pdv δ=+蜒?虽然： 0du =?? 但是： 0pdv ≠?? 所以： 0q δ≠?? 因此热量q 不是状态参数。

９．２ 典型题精解例题９－１ 空气为53111110Pa,50C,0.032m ,p t V =⨯=︒=进入压气机按多变过程压缩至5322110Pa,0.0021m p V =⨯=。

试求：（１）多变指数；（２）压气机的耗功；（３）压缩终了空气温度；（４）压缩过程中传出的热量。

解 （１）多变指数2112()n p V p V = 211231lnln 1 1.27240.032ln ln 0.0021p p n V V === （２）压气机的耗功t 1122[]1nW p V p V n =-- 53531.2724[110Pa 0.032m 3210Pa 0.0021m ]0.272416.44kJ=⨯⨯-⨯⨯=-（３）压缩终温5(1)/0.2724/1.2724221513210Pa ()(50273)()677.6K 110Pan n p T T K p -⨯==+=⨯ （４）压缩过程传热量t 21t ()p Q H W mc T T W =∆+=-+53211g 1110Pa 0.032m 3.55210kg 287J/(kg K)323KpV m R T -⨯⨯===⨯⋅⨯于是233.55210kg 1004J/(kg K)(677.6323)K 16.4410J Q -=⨯⨯⋅--⨯=3.80kJ例题９－２ 压气机中气体压缩后的温度不宜过高，取极限值为150C ︒，吸入空气的压力和温度为110.1MPa,20C p t ==︒。

若压气机缸套中流过465kg/h 的冷却水，在汽缸套中的水温升高14C ︒。

求在单级压气机中压缩3250m /h 进气状态下空气可能达到的最高压力，及压气机必需的功率。

解法１（１）压气机的产气量为631g 10.110Pa 250m /h297.3kg/h 287J/(kg K)293KV m p q q R T ⨯⨯===⋅⨯（２）求多变压缩过程的多变指数 根据能量守恒有 2g a s h oQ Q =- 即 22221,h o h o h o ()m n m q c T T q c t -=-∆222,h o h o h o 21465kg/h 4187J/(kg K)14K()297.3kg/h (150-20)Km n m q c t c q T T -∆-⨯⋅⨯==-⨯702.5J /(k g K=-⋅ 又因 g 5112n V n k n k c c R n n --==-- 即 1.45702.5J/(kg K)287J/(kg K)12n n --⋅=⨯⨯⋅- 解得 n=1.20（３）求压气机的终压/(1)6 1.20/0.202211423K ()0.110()293Kn n T p p T -==⨯⨯60.90510P a 0.905M P a=⨯=（４）求压气机的耗功.t g 12 1.201()297.3kg/h h/s 10.203600m n W q R T T n =-=⨯⨯-3287J /(k g K )(293423)K18.4510W 18.45k W⨯⋅⨯-=-⨯=-解法２在求得压气机产气量m q 后，再求压气机的耗功量为2222t h o ,h o h o h o 21()m m p W Q H Q H q c t q c T T =-∆=--∆=-∆--31465k g /h h /s 4187J /(k g K )14K36001297J/h h/s 1004J/(kg K)(15020)K 360018.341018.34kWW =-⨯⨯⋅⨯-⨯⨯⋅-=-⨯=- 由 t g 12()1m nW q R T T n =--可求得多变指数为 g 12t1()1m n q R T T W =--311297.3kg/h h/s 287J/(kg K)(20-150)K36001-18.3410W1.20=⨯⨯⋅⋅-⋅= 压气机的终压为 /(1)2211()0.905MPan n T p p T -== 讨论本例题提到压气机排气温度的极限值。

第一章讨论题及其参考解答1. 4 人坐在橡皮艇里，艇浸入水中一定深度。

到夜晚温度降低了，但大气压强不变，问艇浸入水中深度将怎样变化。

〖答〗： 由于橡皮的弹性使艇的线度可变, 从而维持橡皮艇内气体的压强始终和大气压强相等。

由 νRT pV = 知, 在 p 不变时 V 与 T 成正比, 故夜晚时由于温度降低而 V 减小。

艇水平截面积缩小, 而浮力不变, 故吃水深度增加。

1. 5 氢气球可因球外压强变化而使球的体积作相应改变。

随着气球不断升高，大气压强不断减少，氢气不断膨胀。

如果忽略大气温度及空气平均分子质量随高度的变化，试问气球在上升过程中所受浮力是否变化? 说明理由。

〖答〗：由于不管氢气球处于什么高度，球内氢气的压强恒等于球外空气压强, 氢气球体积恒等于排开空气体积, 而气球上升过程中球内外温度始终相同并且不随高度而变化，所以气球所排开空气的状态参量和氢气的状态参量完全相同。

考虑到理想气体方程和气体种类无关，所以排开空气的物质的量恒等于氢气的物质的量。

而氢气的物质的量是不变的, 所以排开空气的物质的量也不变，故气球受到浮力不随高度而变。

下面进一步做定量分析。

设气球在地面处的压强为 0p , 体积为 V 0 ，在高度 h 处的压强和体积分别为 h p 、V h 。

高度h 处空气的密度为 h ρ。

气球在高度 h 处浮力 )h F （浮等于排开同体积空气的重量 g ρV h F h =)（浮 ，而 h h h RT h M p ρ/)(m =其中 )(m h M 为高度 h 处的空气摩尔质量, h T 为高度 h 处的大气温度。

由这两式可以得到g h M νRT h M p g V h F h h h )(/)()m 1m =⋅=（浮 （1）这里已利用了理想气体方程 h 1RT νV p h h = , 其中 1ν 为高度 h 处气球排开空气的物质的量。

设气球在地面时大气的温度、压强、气球体积、空气密度及空气摩尔质量分别为 0T 、0p 、0V 、0ρ、)0(m M 。

热力学实验题目的解析与讨论热力学是研究物质内部热现象和热与其他形式能量相互转换关系的科学。

实验是热力学研究中重要的手段之一，通过实验可以直观地观察和测量热现象，验证理论推导的准确性，探究物质的热力学性质。

本文将对几个常见的热力学实验题目进行解析与讨论。

一、恒压下气体的体积与温度变化关系实验该实验通过改变气体的温度，研究恒压下气体的体积与温度之间的关系。

实验中可以使用带有刻度的玻璃容器，将气体置于容器中，并通过浸入水浴或者加热器来改变气体的温度。

在实验过程中，记录不同温度下气体的体积，并绘制体积-温度曲线。

根据查理定律（Charles’ Law），在恒压下，气体的体积与温度成正比。

实验数据的分析可以得到以下结论：当温度升高时，气体的体积增大；当温度降低时，气体的体积减小。

此外，体积-温度曲线上的数据点可以用线性函数来拟合，即体积与温度之间存在着线性关系。

在讨论中，可以进一步探讨该实验的应用和实际意义。

例如，该实验可以用于测定气体的热膨胀系数，为工程设计中的热膨胀问题提供依据。

此外，在工业生产中，也可以利用该实验验证某些工艺过程中气体体积的变化规律，为工艺参数的控制提供理论支持。

二、热容实验热容是指物体在温度变化时所吸收或释放的热量与物体温度变化的比例关系。

热容实验可以通过加热或冷却物体，测量物体温度的变化，从而计算出物体的热容。

在实验中可以使用恒温水浴、卡尔曼计等设备来提供恒定温度，并将待测物体放置其中。

通过改变水浴的温度，使待测物体发生温度变化，然后通过测量物体的温度变化以及所吸收或释放的热量，计算出物体的热容。

热容实验结果的分析和讨论应注重以下几个方面：物体的质量、热媒的温度变化、测量精度等。

在实验数据处理中需要注意考虑到环境温度等因素对实验结果的影响，以确保实验结果的准确性。

三、等容热量变化实验等容热量变化实验是通过等容条件下控制气体的温度变化，研究气体吸收或释放的热量与温度的关系。

实验中可以使用恒容容器，将气体装入容器中，并通过控制电流或加热棒等方式改变气体温度。

15>用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。

(1)van der Waals气体等温自由膨胀。

(2)Zn(s)+ 2HCl(l)= ZnCl2 + H2(g)进行非绝热等压反应。

(3)H2(g)+ Cl2(g)= 2HCl(g)在绝热钢瓶中进行。

(4)H2(g)+ Cl2(g)= 2HCl(g)在非绝热钢瓶中进行。

(5)理想气体经Joule-Thomson节流实验。

(6) 273.15K、标准压力下水结成冰。

(7)氢气和氧气在绝热钢瓶中爆鸣生成水，电火花能量不计。

(1)答：W= 0，因为自由膨胀外压为零。

Q >0，van der Waals气体分子间有引力。

体积增大分子间势能增加，为了保持温度不变，必须从环境吸热。

∆U>0，因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。

，根据焓的定义式可判断焓值是增加的。

(2)答：W <0，放出的氢气推动活塞，系统反抗外压对环境做功。

Q <0，反应是放热反应。

∆U<0，系统既放热又对外做功，热力学能下降。

DH< 0，因为这是等压、不作非膨胀功的反应，∆H = Q p(3)答：W= 0，在刚性容器中是恒容反应，不作膨胀功。

Q = 0，绝热钢瓶∆U = 0，根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。

∆H>0，因为是在绝热钢瓶中发生的放热反应，气体分子数没有减少，钢瓶内温度升高压力也增高。

(4)答：W=0，刚性容器中的反应是恒容反应，膨胀功为零。

Q < 0，该反应是放热反应，而钢瓶又不绝热。

∆U<0，系统放热后热力学能下降。

∆H<0，反应前后气体分子数相同，∆H= ∆U。

(5)答：∆H = 0，节流过程是一个等焓过程。

∆U= 0，理想气体的分子间无作用力，节流膨胀后温度不变，而理想气体的热力学能只是温度的函数，所以热力学能不变。

Q = 0，节流过程是在绝热管中进行的。

W = 0，根据热力学第一定律，因为Q，∆U 都等于零，所以W也等于零。

第一章热力学第一定律与热化学一、思考题1．什么是内能？它的基本性质是什么？1．内能是体系内部能量的总和。

但由于人类对物质的内部结构还不完全清楚，故内能绝对值是无法得知的，但体系状态一定，内能则一定，体系中物质的量越多，内能也越大，故内是体系的性质，并且是广延量。

2．可逆过程的特点是什么？为什么要介绍可逆过程？2．可逆过程的特点有三个：①体系从始态到终态，过程是以无限接近平衡状态下进行的；②循与过程原来途径相反方向进行，体系与环境完全恢复原来状态；③在可逆过程中，体系做最大功。

3．指出下列公式适用的条件（1）H=U+pV 答：封闭体系，平衡态。

（2）ΔH=Q p，ΔU=Q V答：前者：封闭体系，平衡态，不作非体积功，定压过程；后者：封闭体系，平衡态，不作非体积功的定容过程。

（3）W=nRTlnV2/V1答：封闭体系，平衡态，不作非体积功，理想气体的定温可逆过程。

（4）W=pΔV 答：封闭体系，平衡态，不作非体积功，定外压过程。

（5）PVγ=常数答：封闭体系，平衡态，不作非体积功，理想气体的绝热可逆过程。

（6）W=pV2-pV1/γ-1答：封闭体系，平衡态，不作非体积功，理想气体的绝热过程。

3．判断下列说法是否正确：（1）状态固定后，状态函数都固定，反之亦然。

（对）（2）状态函数改变后，状态一定改变。

（对）（3）状态改变后，状态函数一定都改变。

（错）（4）因为ΔU=Q p，ΔH=Q V，所以Q p、Q V是特定条件下的状态函数。

（错）（5）若理想气体反抗1个大气压作绝热膨胀，则ΔH= Q p =0。

（错，这是一个定外压过程，不是定压过程。

）=-C VΔT，W可逆=-C VΔT，所以W不可逆= W可逆。

（6）理想气体绝热变化过程中，W不可逆（错，从同一始态出发，经绝热可逆和绝热不可逆两条途径不可能到达同一终态。

可逆过程因做功多，而温度下降较大，故ΔT不同；）（7）体系从状态A变化到状态B，若ΔT=0，则Q=0无热量交换。

工程热力学第四章思考题谭羽非
（实用版）
目录
1.概述工程热力学第四章思考题
2.思考题中的主要问题
3.解决问题的方法和步骤
4.结论
正文
一、概述工程热力学第四章思考题
《工程热力学》第四章的思考题主要涉及热力学循环、热力学过程以及热力学循环的效率等方面。

通过这些问题，可以让学生更好地理解工程热力学的基本概念、原理和应用，提高解决实际问题的能力。

二、思考题中的主要问题
1.热力学循环的分类及其特点
2.热力学过程的类型及其描述
3.热力学循环的效率及其影响因素
4.如何根据实际需求设计高效的热力学循环
三、解决问题的方法和步骤
1.对热力学循环进行分类，分别讨论其特点和应用场景。

2.对热力学过程进行分类，分别阐述其描述方法以及在热力学循环中的作用。

3.引入热力学循环效率的概念，分析影响效率的各种因素，并提出提高效率的方法。

4.根据实际需求，结合所学知识设计高效的热力学循环，并进行性能分析。

四、结论
通过解决工程热力学第四章的思考题，可以加深对热力学基本概念、原理和应用的理解，提高解决实际问题的能力。

第二章 热力学第一定律(一) 填空题1. 在一绝热容器中盛有水，将一电阻丝浸入其中，接上电源一段时间（见下左图）当选择不同系统时,讨论Q 和W 的值大于零、小于零还是等于零。

系统 电源 电阻丝 水 电源+电阻丝 水+ 电阻丝 水+电阻丝+电源QW∆U参考答案2. 298K 时，反应CH 3CHO(g) = CH 4(g) + CO(g)的反应热 ∆r H m 0 = -16.74kJ ⋅mol -1，若反应恒压的热容∆r C p,m = 16.74 J ⋅mol -1⋅K -1，则在温度为 时，反应热将为零。

（设：∆r C p,m 与温度无关）。

3. 对理想气体的纯PVT 变化，公式dU=nC V ,m dT 适用于 过程；而真实气体的纯PVT 变化，公式dU=nC V ,m dT 适用于 过程。

4. 物理量Q 、W 、U 、H 、V 、T 、p 属于状态函数的有 ；属于途径函数的有 。

状态函数中属于强度性质的 ；属于容量性质的有 。

5. 已知反应 C(S)+O 2→CO 2 ∆r H m 0＜0 若该反应在恒容、绝热条件下进行，则ΔU于零、ΔT 于零、ΔH 于零；若该反应在恒容、恒温条件下进行,则ΔU 于零、ΔT 于零、ΔH 于零。

（O 2、CO 2可按理想气体处理）6. 理想气体绝热向真空膨胀过程，下列变量ΔT 、ΔV 、ΔP 、W 、Q 、ΔU 、ΔH 中等于零的有： 。

7. 1mol 理想气体从相同的始态(p 1、T 1、V 1)，分别经过绝热可逆膨胀至终态(p 2、T 2、V 2)和经绝热不可逆膨胀至终态('2'22V T p 、、)则’‘，2222V V T T (填大于、小于或等于)。

8. 某化学在恒压、绝热只做膨胀功的条件下进行，系统温度由T 1升高至T 2，则此过程ΔH零，如果这一反应在恒温（T 1）恒压和只做膨胀功的条件下进行，则其ΔH 于零。

9．范德华气体在压力不太大时，有b RTa V T V T m p m -=-∂∂2)(且定压摩尔热容为C P ,m 、则此气体的焦——汤系数μJ-T = ，此气体节流膨胀后ΔH 0。

第一章热力学第一定律思考题1. 下列说法中哪些是不正确的（1）绝热封闭系统就是孤立系统；（2）不作功的封闭系统未必就是孤立系统；（3）作功又吸热的系统是封闭系统；（4）与环境有化学作用的系统是敞开系统。

【答】（1）不一定正确。

绝热条件可以保证系统和环境之间没有热交换，封闭条件可以保证系统和环境之间没有物质交换。

但是单单这两个条件不能保证系统和环境之间没有其他能量交换方式，如作功。

当绝热封闭的系统在重力场中高度发生大幅度变化时，系统和地球间的作功不能忽略，系统的状态将发生变化。

（2）正确。

（3）不正确。

系统和环境间发生物质交换时，可以作功又吸热，但显然不是封闭系统。

为了防止混淆，一般在讨论功和热的时候，都指定为封闭系统，但这并不意味着发生物质交换时没有功和热的发生。

但至少在这种情况下功和热的意义是含混的。

（4）正确。

当发生化学作用（即系统和环境间物质交换）时，将同时有热和功发生，而且还有物质转移，因此是敞开系统。

2. 一隔板将一刚性容器分为左、右两室，左室气体的压力大于右室气体的压力。

现将隔板抽去，左、右室气体的压力达到平衡。

若以全部气体作为系统，则△U、Q、W为正为负或为零【答】因为容器是刚性的，在不考虑存在其它功的情况下，系统对环境所作的功的W = 0 ；容器又是绝热的，系统和环境之间没有能量交换，因此Q = 0；根据热力学第一定律△U = Q ＋W，系统的热力学能（热力学能）变化△U = 0。

3. 若系统经下列变化过程，则Q、W、Q + W 和△U 各量是否完全确定为什么（1）使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态；（2）若在绝热的条件下，使系统从某一始态变化到某一终态。

【答】（1）对一个物理化学过程的完整描述，包括过程的始态、终态和过程所经历的具体途径，因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。

Q、W 都是途径依赖（path-dependent）量，其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径，只要过程不完全确定，Q、W 的数值就可能不确定。

习题55-1．容器的体积为2V 0，绝热板C 将其隔为体积相等的A 、B 两个部分，A 内储有1mol 单原子理想气体，B 内储有2mol 双原子理想气体，A 、B 两部分的压强均为p 0。

（1）求A 、B 两部分气体各自的内能；（2）现抽出绝热板C ，求两种气体混合后达到平衡时的压强和温度。

解：（1）由理想气体内能公式：RT iE 2ν= A 中气体为1mol 单原子理想气体：00333222A A A E RT RT p V ===，B 中气体为2mol 双原子理想气体：00552522B B B E RT RT p V =⨯==；（2）混合前总内能：0352A B E RT RT =+，由于00A RT p V =，002B RT p V =，∴2B A T T =，则：00044A E RT p V ==；混合后内能不变，设温度为T ，有：003542E RT RT p V =+=、∴ 00813p V T R =；00000003833122221313N p V p nkT kT RT R p V V V R ====⨯= 。

5-2．1mol 单原子理想气体从300K 加热至350K ，问在以下两个过程中各吸收了多少热量增加了多少内能对外做了多少功（1）容积保持不变；（2）压强保持不变。

解：（1）等容升温过程做功： 0=A 内能变化：(J)2562350318231)(23)(1212..T T R T T C E m ,V =⨯⨯⨯=-=-=∆νν 吸热：(J)25623.E A Q =∆+=;（2）等压升温过程做功： (J)5415508.311)()(1212.-T T R V V p A =⨯⨯==-=ν 内能变化：(J)2562350318231)(23)(1212..T T R T T C E m ,V =⨯⨯⨯=-=-=∆νν 吸热：(J)1039256235415=+=∆+=..E A Q5-3．1g 氦气中加进1J 的热量，若氦气压强无变化，它的初始温度为200K ，求它的温度升高多少 解：等压过程 )(27)(1212T T R T T C Q m ,p -=-=νν (K)19031825411252..R Q T =⨯⨯==∆ν！5-4．如图所示，AB 、DC 是绝热过程，CEA 是等温过程，BED 是任意过程，组成一个循环。

第一章热力学第一定律思考题1. 下列说法中哪些是不正确的？（1）绝热封闭系统就是孤立系统；（2）不作功的封闭系统未必就是孤立系统；（3）作功又吸热的系统是封闭系统；（4）与环境有化学作用的系统是敞开系统。

【答】（1）不一定正确。

绝热条件可以保证系统和环境之间没有热交换，封闭条件可以保证系统和环境之间没有物质交换。

但是单单这两个条件不能保证系统和环境之间没有其他能量交换方式，如作功。

当绝热封闭的系统在重力场中高度发生大幅度变化时，系统和地球间的作功不能忽略，系统的状态将发生变化。

（2）正确。

（3）不正确。

系统和环境间发生物质交换时，可以作功又吸热，但显然不是封闭系统。

为了防止混淆，一般在讨论功和热的时候，都指定为封闭系统，但这并不意味着发生物质交换时没有功和热的发生。

但至少在这种情况下功和热的意义是含混的。

（4）正确。

当发生化学作用（即系统和环境间物质交换）时，将同时有热和功发生，而且还有物质转移，因此是敞开系统。

2. 一隔板将一刚性容器分为左、右两室，左室气体的压力大于右室气体的压力。

现将隔板抽去，左、右室气体的压力达到平衡。

若以全部气体作为系统，则△U、Q、W为正？为负？或为零？【答】因为容器是刚性的，在不考虑存在其它功的情况下，系统对环境所作的功的W = 0 ；容器又是绝热的，系统和环境之间没有能量交换，因此Q = 0；根据热力学第一定律△U = Q ＋W，系统的热力学能（热力学能）变化△U = 0。

3. 若系统经下列变化过程，则Q、W、Q + W 和△U 各量是否完全确定？为什么？（1）使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态；（2）若在绝热的条件下，使系统从某一始态变化到某一终态。

【答】（1）对一个物理化学过程的完整描述，包括过程的始态、终态和过程所经历的具体途径，因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。

Q、W 都是途径依赖（path-dependent）量，其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径，只要过程不完全确定，Q、W 的数值就可能不确定。

第01章热力学基本定律习题及答案第01章热力学基本定律习题及答案第一章热力学基本定律习题及答案§ 1. 1 （P10）1.“任何系统无体积变化的过程就一定不做功。

”这句话对吗？为什么？解：不对。

体系和环境之间以功的形式交换的能量有多种，除体积功之外还有非体积功，如电功、表面功等。

2. “凡是系统的温度下降就一定放热给环境，而温度不变时则系统既不吸热也不放热。

”这结论正确吗？举例说明。

答：“凡是系统的温度下降就一定放热给环境”不对：体系温度下降可使内能降低而不放热，但能量可以多种方式和环境交换，除传热以外，还可对外做功，例如，绝热容器中理想气体的膨胀过程，温度下降释放的能量，没有传给环境，而是转换为对外做的体积功。

“温度不变时则系统既不吸热也不放热”也不对：等温等压相变过程，温度不变，但需要吸热(或放热),如PӨ、373.15K下，水变成同温同压的水蒸气的汽化过程，温度不变，但需要吸热。

3. 在一绝热容器中，其中浸有电热丝，通电加热。

将不同对象看作系统，则上述加热过程的Q或W大于、小于还是等于零？（讲解时配以图示）解：（1）以电热丝为系统：Q<0，W>0（2）以水为系统：Q>0，W=0（忽略水的体积变化）（3）以容器内所有物质为系统：Q=0，W>0（4）以容器内物质及一切有影响部分为系统：Q=0，W=0（视为孤立系统）4. 在等压的条件下，将1mol理想气体加热使其温度升高1K，试证明所做功的数值为R。

解：理想气体等压过程：W = p(V2 -V1) = pV2 -PV1= RT2 -RT1= R(T2 -T1) = R5. 1mol 理想气体，初态体积为25dm 3, 温度为373.2K ，试计算分别通过下列四个不同过程，等温膨胀到终态体积100dm 3时，系统对环境作的体积功。

（1）向真空膨胀。

（2）可逆膨胀。

（3）先在外压等于体积50 dm 3时气体的平衡压力下，使气体膨胀到50 dm 3，然后再在外压等于体积为100dm 3时气体的平衡压力下，使气体膨胀到终态。

热学思考题和参考解答第一章 热学基础知识和温度1．1 若热力学系统处于非平衡态，温度概念能否适用？【答】 对于处于非平衡态的系统，只要局域平衡条件能满足，则对于处于局域平衡的每个子系统来说，温度概念仍能适用。

1．2 系统A 和B 原来各自处在平衡态，现使它们互相接触，试问在下列情况下，两系统接触部分是绝热的还是透热的，或两者都可能?(1)当A V 保持不变，A p 增大时，B V 和B p 都不发生变化；(2)当A V 保持不变，A p 增大时，B p 不变而B V 增大；(3)当A V 减少，A p 增大时，B V 和B p 均不变．【答】设容器都是密闭的．(1)是绝热的．因为A p A V 增大，所以A 的温度 增加．但它并不使B 状态发生变化，说明既没有热量传递也没有做功．(2)是透热的．因为A p A V 增大，所以A 的温度增加．从B 来说，B V 增加了，说明B 膨胀对外做了功，其能量只能来源于从A 吸热．(3)因为B V 和B p 均不变，说明B 的温度不变．但是A V 减少，同时A p 增大，这两者的乘积可变可不变，所以A 的温度也可变可不变．若A 的温度改变则是绝热的；若A 的温度不变，则A ，B 相互 接触的部分仍然绝热，因为B 的状态始终不变．1．3 在建立温标时是否必须规定热的物体具有较高的温度，冷的物体具有较低的温度?是否可作相反的规定?在建立温标时，是否须规定测温属性一定随温度作线性变化?【答】 在建立温标时必须规定热的物体具有较高的温度，冷的物体具有较低的温度，因为热量是从高温物体传递到低温物体的．很有意思的是，对于处于负温度的子系则是例外．因为负温度比正温度还要高，热量是从负温度物体流向正温度物体的．建立温标时并不一定规定测温属性随温度作线性变化，这完全由分度公式来规定．1．4 冰的正常溶点是多少？纯水的三相点温度是多少？【答】 冰的正常溶点是273.15K,纯水的三相点温度是273.16K 。

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idp 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？()()()()点在点在C V PC V PT T 0022==∂∂∂【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。

热力学习题A一、简要问答题1.工程热力学的研究对象主要是什么？答：工程热力学的研究对象主要是能量转换，特别是热能转化为机械能的规律和方法，以及提高转化效率的途径，以提高能源利用的经济性。

2.热能的利用有哪两种基本的利用形式，并举例说明？答：一种是热能的直接利用，如冶金，化工，食品等工业和生活上的应用，另一种是热能的间接利用，如把热能转化成机械能或电能为人们提供动力。

3.何为工质？如何采用气体而不采用液体或固体作为热机的工质？答：工质是指在热机中工作的借以实现将热能转化成机械能的媒介物质，因气体的膨胀性与压缩性远比液体、固体要好，所以热机中的工质是采用气体，而不采用液体，更不能采用固体。

4.功量与热量有何不同和相同之处？答：相同之处：（1）都是过程量，而不是状态参数；（2）都是工质与外界交换的能量；（3）可逆过程都可图示。

不同之处：（1）功量是有序能（机械能）即功量是有规则的宏观运动能量的传递，在做功过程中往往伴随着能量形态的转化，而热量是无序能（热能）即热量是大量微粒子热运动的能量传递，传热过程中不出现能量形态的转化。

（2）有功转换的动力是压差，而有热交换的动力是温差，（3）功量与热量的计算表达式不同。

（4）功量可在p-vt图上图示，而热量是在T-s图上图示。

5.写出热力系统第一定律的文字表达？答：热力学第一定律的文字表述：热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失时，必产生相应量的功，消耗一定量的功时，必出现与之对应的一定量的热。

6.写出1Kg工质的焓的符号与定义式及其能量含义，并指出焓是过程量还是状态参数。

答：焓的符号是h，其定义式是h=u+pv，其能量含义是系统中因引进1kg工质而获得的总能量是热力学能u与推动功pv之和，焓是状态参数，而不是过程量。

7.何为理想气体，并举例指出什么气体可视为理想气体？什么气体不能视为理想气体？答：理想气体是指其分子是具有弹性的，而不具有体积的质点，分子间没有相互作用力的假想气体。

第一章热力学第一定律思考题1. 下列说法中哪些是不正确的？（1）绝热封闭系统就是孤立系统；（2）不作功的封闭系统未必就是孤立系统；（3）作功又吸热的系统是封闭系统；（4）与环境有化学作用的系统是敞开系统。

【答】（1）不一定正确。

绝热条件可以保证系统和环境之间没有热交换，封闭条件可以保证系统和环境之间没有物质交换。

但是单单这两个条件不能保证系统和环境之间没有其他能量交换方式，如作功。

当绝热封闭的系统在重力场中高度发生大幅度变化时，系统和地球间的作功不能忽略，系统的状态将发生变化。

（2）正确。

（3）不正确。

系统和环境间发生物质交换时，可以作功又吸热，但显然不是封闭系统。

为了防止混淆，一般在讨论功和热的时候，都指定为封闭系统，但这并不意味着发生物质交换时没有功和热的发生。

但至少在这种情况下功和热的意义是含混的。

（4）正确。

当发生化学作用（即系统和环境间物质交换）时，将同时有热和功发生，而且还有物质转移，因此是敞开系统。

2. 一隔板将一刚性容器分为左、右两室，左室气体的压力大于右室气体的压力。

现将隔板抽去，左、右室气体的压力达到平衡。

若以全部气体作为系统，则△U、Q、W为正？为负？或为零？【答】因为容器是刚性的，在不考虑存在其它功的情况下，系统对环境所作的功的W = 0 ；容器又是绝热的，系统和环境之间没有能量交换，因此Q = 0；根据热力学第一定律△U = Q ＋W，系统的热力学能（热力学能）变化△U = 0。

3. 若系统经下列变化过程，则Q、W、Q + W 和△U 各量是否完全确定？为什么？（1）使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态；（2）若在绝热的条件下，使系统从某一始态变化到某一终态。

【答】（1）对一个物理化学过程的完整描述，包括过程的始态、终态和过程所经历的具体途径，因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。

Q、W 都是途径依赖（path-dependent）量，其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径，只要过程不完全确定，Q、W 的数值就可能不确定。

第四章 热力学第二定律例 题例4-1 先用电热器使 20 kg 、温度t 0=20 ℃的凉水加热到t 1=80 ℃，然后再与40 kg 、温度为 20 ℃的凉水混合。

求混合后的水温以及电加热和混合这两个过程各自造成的熵产。

水的比定压热容为 4.187 kJ/（kg·K ）；水的膨胀性可忽略。

[编题意图] 实际过程中熵产的计算是本章的重点和难点之一，本题的目的在于检测和练习电热器加热造成的熵产和不等温水混合过程中的熵产的分析计算。

[解题思路] 电加热水过程引起熵产是由于电功转变为热产，水吸收这个热后其自身温度逐渐上升，这是一个不断积累过程，需通过微元热产量g Q δ与水变化的水温T 之比这个微元熵产的积分求得。

要求凉水与热水混合造成的熵产，必须先求出20kg80℃的水放热的熵减与20℃的凉水吸热的熵增，这种内热流造成的熵产也是个逐渐积累的过程，也需积分求得。

整个加热混合造成的总熵产由二者相加得到。

[求解步骤]设混合后的温度为t ，则可写出下列能量方程：()()1120p p m c t t m c t t -=-即 ()()2041878040418720kg kJ /(kg C)C kg kJ /(kg C)C o o o o ⨯⋅⨯-=⨯⋅⨯-..t t 从而解得 t = 40 ℃ （T = 313.15 K ） 电加热过程引起的熵产为1g 0g11g 10d lnT Qp p T Q m c T T S m c TTT δ===⎰⎰353.15K 20kg 4.187kJ/(kg K)ln =⨯⋅⨯=15.593 kJ / K 混合过程造成的熵产为i 1012ig 1210d d ln lnTT p p Q p p T T m c T m c T Q T T S m c m c T T T T T δ==+=+⎰⎰⎰313.15K20kg 4.187kJ/(kg K)ln353.15K313.15K40kg 4.187kJ/(kg K)ln293.15K10.966kJ/K 11.053kJ/K 0.987kJ/K=⨯⋅⨯+⨯⋅⨯=-+= 总的熵产S S S QQ g g g g ikJ /K kJ /K kJ /K =+=+=15593098716580...由于本例中无熵流（将使用电热器加热水看作水内部摩擦生热），根据式（4-12）可知，熵产应等于热力系的熵增。