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第三章 习 题3-1 解：设定熵压缩过程的终态参数为222S T p 和、，而定温压缩过程的终态参数为222S T p '''和、,根据给定的条件可知： 1222T T p p ='='； 又因为两个终态的熵差为S ∆，固有：21222222lnlnlnT T Mcp p mRT T mc S S S pgp='-'=-'=∆所以有：)exp(12pmCS T T ∆-=对于定熵压缩过程有：kkkkT p T p 212111--=所以：)exp()exp(])1(exp[()(11112112gpk kmR S p mRS M p mck S k p T T p p ∆-=∆-=-∆==-3-2解：设气体的初态参数为1111m T V p 和、、，阀门开启时气体的参数为2222m T V p 和、、，阀门重新关闭时气体的参数为3333m T V p 和、、，考虑到刚性容器有：321V V V ==，且21m m =。
⑴当阀门开启时，贮气筒内压力达到51075.8⨯Pa ，所以此时筒内温度和气体质量分别为：K 25366.78.752931212=⨯==p p T Tkg T R V p m m 0.2252932870.02710751g 1121=⨯⨯⨯===⑵阀门重新关闭时，筒内气体压力降为 5104.8⨯Pa ，且筒内空气温度在排气过程中保持不变，所以此时筒内气体质量为： kg T R V p T R V p m g g 216.025.366287027.0104.852333333=⨯⨯⨯==所以，因加热失掉的空气质量为：kg m 0.0090.2160.225m m Δ32=-=-=3-3 解：⑴气体可以看作是理想气体，理想气体的内能是温度的单值函数，选取绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统，在过程中，由于气缸绝热，系统和外界没有热量交换，同时气缸是刚性的，系统对外作功为零，故过程中系统的内能不变，而系统的初温为30℃，所以平衡时系统的温度仍为30℃。
一、单选题(选择题)1. 如图所示为一定质量的理想气体状态变化的V－T图像。
已知在状态A时的压强为p0，则（）A．状态C时的压强为2p0B．B→C过程中气体从外界吸热C．A→B过程中外界对气体做功p0V0D．A→B过程中单个分子对容器壁的平均撞击力不变2. 一定质量的理想气体，从状态A经B、C变化到状态D的状态变化过程p-V图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，ODC在同一直线上。
已知A状态温度为400K，从A状态至B状态气体吸收了320J的热量，下列说法不正确的是（）A．A状态的内能大于C状态的内能B．D状态的温度为225KC．从A状态至D状态整个过程中，气体对外做功62.5JD．从A状态到B状态的过程中，气体内能增加了240J3. 下列说法正确的是（）A．德国物理学家克劳修斯在研究热机时提出：不可能从单一热库吸热使之完全变成功，而不产生其它影响B．一个孤立系统的总熵可以增加C．不浸润现象中附着层内液体分子的间距小于液体内部分子的间距D．晶体可以转化为非晶体，非晶体不可以转化为晶体4. 下列说法正确的是（）A．第二类永动机不能被制成，是因为违背了能量守恒定律B．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显C．分子间的引力随分子间距离的增大而增大，分子间斥力随分子间距离的增大而减小D．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体5. 下列说法正确的是（）A．太空飞船中的小水珠呈球形，是液体表面张力作用的结果B．天然水晶在熔化过程中分子平均动能变大C．地面附近的一个氢气球在快速上升过程中，随着外界压强减小，球内气体的体积增大，温度升高D．液晶材料像液体一样具有流动性，但不具备晶体各向异性的特征6. “回热式热机”热循环过程可等效为如图所示的曲线，、为等温过程，、为等容过程．对于一定质量的理想气体，在热循环过程中（）A．a状态气体温度比c状态低B．，两过程气体放出、吸收的热量相等C．整个循环过程，气体对外放出热量D．d状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比c状态少7. 对热力学第二定律理解，正确的是（）A．热力学第二定律是从另一个侧面阐述能量守恒定律B．若消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率可以达到C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能D．熵是系统内分子运动无序性的量度，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展8. 关于内能的概念，下列说法正确的是（）A．若把氢气和氧气看作理想气体，则具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧气具有相等的内能B．相同质量0℃水的分子势能比0℃冰的分子势能小C．物体吸收热量后，内能一定增加D．一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能9. 如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙，现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中（）A．外力对乙做功，甲的内能不变B．外力对甲做功，甲的内能增加C．乙传递热量给甲，乙的内能减少D．甲吸热，乙放热，甲、乙内能都增加10. 关于热力学定律，下列说法正确的是（）A．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C．不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功D．不可能使热量从低温物体传向高温物体11. 如图所示，密封的矿泉水㼛中，一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气，可看做理想气体。
第三章热分析习题3-1名词解释热重分析、差热分析、差示扫描量热仪、动态热机械分析、潜热、显热、玻璃化转变温度、比热、热容、热对称性、热惯性3-2列举一种电子天平的主要技术指标。
3-3影响热重曲线的主要因素？试推导热重仪器中表观增重与气体密度的关系：已知一体积为V、恒重后的物体置于加热炉中，T温度下物体周围气体的密度为ρ，计算表观增重ΔW（温度T时的重量与初始重量之差）与试样温度T的关系ΔW=F（V，ρ0，T，T）。
根据所推导的表观增重公式说明影响表观增重的因素。
3-4差热曲线基线方程的表达式中，各参数的物理含义？影响差热曲线基线的主要因素？3-5放热或吸热的量与差热峰面积的关系？3-6题图3-6为高聚物材料的典型DSC曲线。
标示出高聚物材料DSC曲线上主要的变化过程及相应的特征温度。
题图3-6 高聚物材料的典型DSC曲线3-7从试样的差热曲线上可获得哪些信息？3-8如何利用试样的DSC曲线判断矿石中含β-SiO2？3-9有一石灰石矿，其粉料的TG-DSC联合分析图上可见一吸热谷，其Tonset为880℃，所对应的面积为360×4.184J/g，对应的TG曲线上失重为39.6%，计算：①该矿物的碳酸钙含量？（碳酸钙分子量为100.9）②碳酸钙的分解温度？③单位质量碳酸钙分解时需吸收的热量？3-10题图3-10为一金属玻璃的DSC曲线。
根据DSC曲线，指出该金属玻璃在加热过程中经历的玻璃化转变及析晶过程所对应的特征温度或温度范围。
题图3-10 某金属玻璃的DSC曲线3-11快速凝固的化学组分为Al87Ni7Cu3Nd3金属材料的XRD、DSC分析结果分别见题图3-11。
请根据分析结果初步判断是否是金属玻璃，并写出判断依据。
该金属玻璃的Tg为多少度？该金属玻璃经不同的温度（见图中所标）热处理1小时后，随热处理温度的升高晶相种类和组成如何变化？□Al ■Al3Ni○Al11Nd3●Al8Cu3Nd金属材料DSC结果图不同温度热处理1小时后金属材料的XRD图题图3-133-12 Mn3O4原料在空气氛下的热重曲线如图2，由图可见350℃~900℃温升范围内，增重3.37%。
热工基础1-3章部分习题参考答案1-41-51-7某种气体在气缸中进行一缓慢膨胀过程，其体积由31.0m 增加到325.0m ，过程中气体压力循{}{}34.0-24.0m MP v p a =变化。
若过程中气缸与活塞的摩擦保持为200 N ，当地大气压力为0.1MP a ，气缸截面面积为31.0m ，试求：(1)气体所作的膨胀功W ；(2)系统输出的有用功W U ；(3)若活塞与气缸无摩擦，系统输出的有用功W u ，re 。
解：（1）该过程可视为可逆过程()KJ dv v pdv w 5.25104.024.06=⨯-==⎰⎰(2) ()KJ v p p w b f w 8.1615.01.01.01200=⨯⎪⎭⎫⎝⎛+=∆+=∴KJ w w w w u 7.88.165.25=-=-= (3) 若无摩擦KJ v p w b w 15=∆= ∴KJ w w w w re u 5.10155.25,=-=-=1-9某蒸汽动力厂加入锅炉的每1MW 能量要从冷凝器排出0.58MW 能量，同时水泵要消耗0.02MW 功，求气轮机输出功率和电厂的热效率。
解：由能量守恒：0.58+P-0.02=1∴P=1-0.58+0.02=0.44电厂对外输出净功等于产生功减去水泵耗功=0.44-0.02=0.4242.0142.010===q w η2-12-3-252 KJ/kg2-62-10某大型气轮机装置的压缩机从环境大气中吸入压力为95 kPa 、温度为20 ℃的空气，空气进入压气机时速度较小，流出压气机时气流压力为1.52MPa 、温度为430℃、速度为90 m/s ，压气机输入功率5000 kW ，试确定空气的质量流量。
已知空气的焓仅是温度的函数，T c h p =。
解：取压气机为系统，为稳定开口系。
()s m f mW zq g c q H Q +∆+∆+∆=221 压气机可视为绝热。
Q=0; 且01=f c ， 0=∆z ， s KJ W s /5000-= ∴()0212212=-+-sf m p m W c q T T c q()()s kg sKJ c T T c W q f p sm /1210902120430004.1/500021322212=⨯⨯+-⨯=+-=-3-93-113-12113-13。
热工基础第三章作业题及答案3-3 体积为0.03m 3的某刚性储气瓶内盛有700kPa 、20℃的氮气。
瓶上装有一排气阀，压力达到880kPa 时阀门开启，压力降到850kPa 时关闭。
若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：(1)阀开启时瓶内气体温度为多少？(2)因加热，阀门开闭一次期间瓶内气体失去多少？设瓶内氮气温度在排气过程中保持不变。
答案：（1）t 2=93.3℃; (2)∆m =0.0097kg3-4 氧气瓶的容积V =0.30m 3，瓶中氧气的表压力p gl =1.4MPa ，温度t 1=30℃。
问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为t 2=20℃，试问此时氧气瓶的表压力为多少？(当地大气压力p b =0. 098MPa)答案： m =5.72kg; p g2=0.625MPa.3-6 某理想气体等熵指数κ=1.4，定压比热容c p =1.042kJ/(kg.K)，求该气体的摩尔质量M 。
答案：M =27.93 g/mol3-8 摩尔质量为0.03kg/mol 的某理想气体，在定容下由275℃加热到845 ℃，若比热力学能变化为400kJ/kg ，问焓变化了多少？热求其热力学能、焓和熵的变化。
答案：∆ℎ=557.9kJ/kg3-11 在体积V =1.5m 3的刚性容器内装有氮气。
初态表压力p gl =2.0MPa ，温度t =230℃，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到750℃？其焓值变化是多少？大气压力为0.1MPa 。
(1)按定值比热容计算；(2) 按平均比热容的直线关系式计算；(3)按平均比热容表计算；(4) 按真实比热容的多项式表达式计算。
答案：(1) Q =8137 kJ, ΔH =11410 kJ (2) Q =9005 kJ, ΔH =12260 kJ(3) Q =8962 kJ, ΔH =1200 kJ (4) Q =9025 kJ, ΔH =12280 kJ3-15 由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为2O 0.08mol n =，2N 0.65mol n =，2CO 0.3mol n =试求混合气体的体积分数，质量分数和在p = 400kPa 、t =27℃时的比体积。
