热工学第二章-习题课

【例2-3】方程d pdv δμ=+与dq du w δ=+有何不同？答：前者适用于可逆过程，因为pdv 只能计算可逆过程的功；后者适用于任何过程。

【例2-4】焓的物理意义是什么?答：焓的物理意义可以理解如下：当工质流进系统时，带进系统的与热力状态有关的能量有内能μ与流动功pv ，而焓正是这两种能量的和。

因此,焓可以理解为工质流动时与外界传递的与其热力状态有关的总能量。

但当工质流不流动时，pv 不再是流动功，但焓作为状态参数仍然存在。

此时，它只能理解为三个状态参数的组合。

热力装置中，工质大都是在流动的过程中实现能量传递与转化的，故在热力计算中，焓比内能应用更广泛，焓的数据表（图）也更多。

【例2-5】说明热和功的区别与联系。

答：热和功都是能量的传递形式。

它们都是过程量，只有在过程进行时才有热和功。

热式由于温度不同引起的系统与环境之间的能量交换，而功是由于温差以外（只要是力差）的驱动力引起的系统与环境之间的能量交换。

在微观上，热量是物质分子无规则运动的结果，而功是物质分子有序运动的结果。

功在任何情况下可以完全转变为热，而热在不产生其他影响的情况下不可能完全完全转变为功。

【2-6】下列说法是否正确？（1） 机械能可完全转化为热能。

而热能却不能完全转化为机械能。

（2） 热机的热效率一定小于1。

（3） 循环功越大，热效率越高。

（4） 一切可逆热机的热效率都相等。

（5） 系统温度升高的过程一定是吸热过程。

（6） 系统经历不可逆过程后，熵一定增大。

（7） 系统吸热，其熵一定增大;系统放热，其熵一定减小。

（8） 熵产大于零的过程必为不可逆过程。

答：（1）对于单个过程而言，机械能可完全转化为热能，热能也能完全转化为机械能，例如定温膨胀过程。

对于循环来说，机械能可完全转化为热能，而热能却不能完全转化为机械能。

（2）热源相同时，卡诺循环的热效率是最高的，且小于1，所以一切惹急的热效率均小于1。

（3）循环热效率是循环功与吸热量之比，1211t q q w q q η-==，即热效率不仅与循环功有关，还与吸热量有关。

热学教程第二章习题答案热学教程第二章习题答案热学是物理学中的一个重要分支，研究物体的热力学性质和热传导现象。

在热学教程的第二章中，我们学习了一些基本的热力学概念和定律，以及一些与热力学相关的计算方法。

本文将为大家提供热学教程第二章习题的答案，帮助大家更好地理解和掌握这些知识。

1. 问题：一个物体的热容量为100 J/℃，它的温度从20℃升高到40℃，需要吸收多少热量？答案：根据热容量的定义，热容量等于物体吸收或释放的热量与温度变化的乘积。

因此，吸收的热量等于热容量乘以温度变化。

在这个问题中，热容量为100 J/℃，温度变化为40℃-20℃=20℃，所以吸收的热量为100 J/℃ × 20℃ = 2000 J。

2. 问题：一个物体的热容量为50 J/℃，它的温度从25℃升高到75℃，需要吸收多少热量？答案：同样地，根据热容量的定义，吸收的热量等于热容量乘以温度变化。

在这个问题中，热容量为50 J/℃，温度变化为75℃-25℃=50℃，所以吸收的热量为50 J/℃ × 50℃ = 2500 J。

3. 问题：一个物体的热容量为200 J/℃，它吸收了5000 J的热量，温度升高了多少℃？答案：根据热容量的定义，吸收的热量等于热容量乘以温度变化。

在这个问题中，吸收的热量为5000 J，热容量为200 J/℃，所以温度变化为5000 J / 200 J/℃ = 25℃。

4. 问题：一个物体的热容量为80 J/℃，它吸收了2000 J的热量，温度升高了多少℃？答案：同样地，根据热容量的定义，温度变化等于吸收的热量除以热容量。

在这个问题中，吸收的热量为2000 J，热容量为80 J/℃，所以温度变化为2000 J / 80 J/℃ = 25℃。

通过以上习题的解答，我们可以看到热容量和温度变化之间的关系。

当热容量增大时，物体吸收或释放的热量相对较大；而当温度变化增大时，物体吸收或释放的热量也相对较大。

热学第二章课后答案
1. 什么是热力学第一定律？它的表述方式是什么？
热力学第一定律是能量守恒定律，表述为：能量不会自发消失
或产生，只会转化为其他形式或从一个物体传递到另一个物体。

2. 什么是“内能”？它的符号是什么？
内能是指一个物体分子或原子微观热运动所带的能量总和，符
号为E。

3. 什么是“功”，它的符号是什么？以及什么情况下它的值为正，什么情况下它的值为负？
功是指一个力在物体上产生的位移，并且力和位移在同一方向上，符号为W。

当物体受到的力和移动方向相同时，功就是正的；当物体受到的力和移动方向相反时，功就是负的。

4. 什么情况下物体的内能增加？
当物体受到外部做功的作用，或通过吸收热能，其内能会增加。

5. 什么是外界对物体做功所需的最小力？
外界对物体做功所需的最小力，是物体承受的重力和加速度所
决定的。

6. 什么是“焓变”，以及它常用的符号是什么？
焓变指的是在等压过程中，系统由初态到末态时，因吸收或放
出能量所引起的焓值的变化，符号为ΔH。

7. 什么是“焦耳定律”？
焦耳定律是热力学中的基本定律，指的是物体所吸收的热量正
比于物体的质量，以及其温度的变化。

8. 什么是“热容”？
热容指的是物体在温度变化下，需要吸收或释放的热量与温度变化的比例。

9. 什么是“定容热容”？
定容热容指的是物体在定容状态下，吸收或释放的热量与温度变化的比例。

10. 什么是“定压热容”？
定压热容是指在恒定压力下，物体吸收或释放的热量与温度变化的比例。

以上是热学第二章的课后答案，希望可以帮助大家更好地掌握课程知识。

【解】查表知硅砖的导热系数λ= 0.92 + 0.7×10-3 t W/（m.o C ） 硅砖的平均温度o 121300300800C 22av t t t ++===硅砖的平均导热系数λ = 0.92 + 0.7×10-3 t av = 0.92 + 0.7×10-3 ×800 = 1.48 W/（m.o C ）散热损失量(1300300) 1.481032889W 0.45t t F Q Fλδδλ∆∆-⨯⨯ ====习题【2-2】【解】设硅藻土砖的厚度和导热系数分别为δ1，λ1 红砖的厚度和导热系数分别为δ2，λ2 如果不用硅藻土，红砖的厚度为δ2用红砖替代硅藻土后，要保持炉墙的散热量不变，即保持炉墙的热阻不变 替换前，炉墙热阻12112R δδλλ=+，替换后，炉墙热阻322R δλ= 令R 1=R 2，得312122δδδλλλ+=，则 213210.390.040.250.37 m =370 mm 0.13λδδδλ⨯=+=+=习题【2-3】【解】该拱形窑顶的导热可以视为1/4单层圆筒壁的导热查表知耐火粘土砖的导热系数λ= 0.835+ 0.58×10-3 t W/（m.o C ） 耐火粘土砖的平均温度o 12700100400C 22av t t t ++===硅砖的平均导热系数λ = 0.835 + 0.58×10-3 t av = 0.835 + 0.58×10-3 ×400 = 1.067 W/（m.o C ） 根据单层圆筒壁的传热量公式可得每米窑长拱顶散失热量21117001004197W/m 10.850.23144lnln 2 1.06710.852t Q d ld ππλ∆-=== +⨯⨯【解】该管道的导热为双层圆筒壁的导热，可用公式1111()21ln n ni i ii t t lQ r r πλ++=-⨯=∑进行计算，其中t 1=300o C ，t 3=50o C ；λ1=50 W/（m.o C ），λ2=0.1 W/（m.o C ）； r1=0.0825 m ，r 2=0.0875 m ，r 3=0.1825 m 。

第二章 思考与练习
1.已知某半无限大板状铸钢件的热物性参数为：导热系数λ=46.5 W/(m·K)， 比热容C=460.5 J/(kg·K)， 密度ρ=7850 kg/m3，取浇铸温度为1570℃，铸型的初始温度为20℃。

用描点作图法绘出该铸件在砂型和金属型铸模（铸型壁均足够厚）中浇铸后0.02h、0.2h时刻的温度分布状况并作分析比较。

铸型的有关热物性参数见表2-2。

2.采用（2-17）、（2-18）两式计算凝固过程中的温度分布与实际温度分布状况是否存在误差？分析误差产生的原因，说明什么情况下误差相对较小？
3.凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响。

试分析可以通过哪些工艺措施来改变或控制凝固速度？
4.比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。

5.在砂型中浇铸尺寸为300×300×20 mm的纯铝板。

设铸型的初始温度为20℃，浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660℃，且在铸件凝固期间保持不变。

浇铸温度为670℃，金属与铸型材料的热物性参数见下表：
焊双面成形（背面均匀焊透）。

采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么？
8.对于板状对接单面焊焊缝，当焊接规范一定时，经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透，分析其产生原因并提出相应工艺解决方案。

9.补焊与定位焊时的焊接温度场可近似看作瞬时集中热源作用下的焊接温度场。

某厚大铸铁件补焊时的热输入量为8000J，分别求热源作用后0.1秒、1秒及10秒时的焊件表面温度分布状况（用等温线作图表示）。

铸铁件的热物性参数值参见表2-2。

热力学第二章习题及答案一、是非题1、任意过程只要知道其始末状态即可确定过程与外界的热交换（ｘ）、功交换（ｘ）及系统热力学能的变化（√）。

2、简单可压缩系统任意过程中对外所作膨胀功均可用计算（√）。

⎰pdV计算（ｘ），用⎰dWpsurr3、流动功Δ（pdV）只有在开口系统中研究气体流动时才需要考虑（√）。

4、q和w是状态参数（ｘ）二、选择题1、表达式δQ=dU+δW c 。

（a）适用于任意热力过程；（b）仅适用于准静态过程；（c）仅适用于闭口系统中的热力过程。

2、表达式δQ=dU+pdV适用a1中的a2。

（a1）闭口系；（b1）开口系；（c1）闭口及开口系；（a2）准静过程；（b2）任意热力过程；（c2）非准静过程。

3、任意准静或非准静过程中气体的膨胀功均可用b 计算。

（a）pdV；（b）p surr dV；（c）d(pv)。

4、在正循环中⎰Qδa零，同时⎰Wδa零。

在逆循环中⎰Qδ c 零，且⎰Wδ c 零（a ）大于；（b ）等于；（c ）小于。

三、习题2－1 0.5kg 的气体，在汽缸活塞机构中由初态p 1=0.7MPa 、V 1=0.02m 3,准静膨胀到V 2=0.04m 3。

试确定在下列各过程中气体完成的功量及比功量； （1） 定压过程； （2） pV 2＝常数。

解： （1）由准平衡过程体积变化功的表达式，当为定压过程时:W=p △V=0.7×106×0.02=14000 J=14 kJ 比功量 w= p △v=W/m=14000/0.5=28000 J=28 kJ（2）pV 2=0.7×106×0.022=280 J ·m 3 由准平衡过程体积变化功的表达式W=dV Vpdv v v ⎰⎰=04.002.0228021=7000 J=7 kJ 比功量 w= p △v=W/m=7000/0.5=14000 J=14 kJ 2－2为了确定高压下稠密气体的性质，取2kg 气体在25MPa 下从350K 定压加热到370K ，气体初终状态下的容器分别为0.03 m 3及0.035 m 3，加入气体的热量为700kJ ，试确定初终状态下的热力学能之差。

【例2-3】方程d pdv δμ=+与dq du w δ=+有何不同？答：前者适用于可逆过程，因为pdv 只能计算可逆过程的功；后者适用于任何过程。

【例2-4】焓的物理意义是什么?答：焓的物理意义可以理解如下：当工质流进系统时，带进系统的与热力状态有关的能量有内能μ与流动功pv ，而焓正是这两种能量的和。

因此,焓可以理解为工质流动时与外界传递的与其热力状态有关的总能量。

但当工质流不流动时，pv 不再是流动功，但焓作为状态参数仍然存在。

此时，它只能理解为三个状态参数的组合。

热力装置中，工质大都是在流动的过程中实现能量传递与转化的，故在热力计算中，焓比内能应用更广泛，焓的数据表（图）也更多。

【例2-5】说明热和功的区别与联系。

答：热和功都是能量的传递形式。

它们都是过程量，只有在过程进行时才有热和功。

热式由于温度不同引起的系统与环境之间的能量交换，而功是由于温差以外（只要是力差）的驱动力引起的系统与环境之间的能量交换。

在微观上，热量是物质分子无规则运动的结果，而功是物质分子有序运动的结果。

功在任何情况下可以完全转变为热，而热在不产生其他影响的情况下不可能完全完全转变为功。

【2-6】下列说法是否正确？（1） 机械能可完全转化为热能。

而热能却不能完全转化为机械能。

（2） 热机的热效率一定小于1。

（3） 循环功越大，热效率越高。

（4） 一切可逆热机的热效率都相等。

（5） 系统温度升高的过程一定是吸热过程。

（6） 系统经历不可逆过程后，熵一定增大。

（7） 系统吸热，其熵一定增大;系统放热，其熵一定减小。

（8） 熵产大于零的过程必为不可逆过程。

答：（1）对于单个过程而言，机械能可完全转化为热能，热能也能完全转化为机械能，例如定温膨胀过程。

对于循环来说，机械能可完全转化为热能，而热能却不能完全转化为机械能。

（2）热源相同时，卡诺循环的热效率是最高的，且小于1，所以一切惹急的热效率均小于1。

（3）循环热效率是循环功与吸热量之比，1211t q q w q q η-==，即热效率不仅与循环功有关，还与吸热量有关。

第2章 热力学第一定律2-1 定量工质，经历了下表所列的4个过程组成的循环，根据热力学第一定律和状态参数的特性填充表中空缺的数据。

过程 Q/ kJ W/ kJ△U/ kJ1-2 0 100 -1002-3-11080 -1903-4 300 90 210 4-1 20 -60802-2 一闭口系统从状态1沿过程123到状态3，对外放出47.5 kJ 的热量，对外作功为30 kJ ，如图2-11所示。

（1） 若沿途径143变化时，系统对外作功为6 kJ ，求过程中系统与外界交换的热量； （2） 若系统由状态3沿351途径到达状态1，外界对系统作功为15 kJ ，求该过程与外界交换的热量；（3） 若U 2=175 kJ ，U 3=87.5 kJ ，求过程2-3传递的热量，及状态1的热力学能U 1。

图2-11 习题2-2解：（1）根据闭口系能量方程，从状态1沿途径123变化到状态3时，12313123Q U W −=∆+，得1347.5kJ 30kJ 77.5kJ U −∆=−−=−从状态1沿途径143变化到状态3时，热力学能变化量13U −∆保持不变，由闭口系能量方程14313143Q U W −=∆+，得14377.5kJ 6kJ 71.5kJ Q =−+=−，即过程中系统向外界放热71.5kJ（2）从状态3变化到状态1时，()31133113U U U U U U −−∆=−=−−=−∆，由闭口系能量方程35131351Q U W −=∆+，得35177.5kJ 15kJ 62.5kJ Q =−=，即过程中系统从外界吸热92.5kJ（3）从状态2变化到状态3体积不变，323232323232Q U W U pdV U −−−=∆+=∆+=∆∫，因此23233287.5kJ 175kJ 87.5kJ Q U U U −=∆=−=−=−由1331187.577.5kJ U U U U −∆=−=−=−，得1165kJ U =2-3 某电站锅炉省煤器每小时把670t 水从230℃加热到330℃，每小时流过省煤器的烟气的量为710t ，烟气流经省煤器后的温度为310℃，已知水的质量定压热容为 4.1868 kJ/(kg ·K)，烟气的质量定压热容为1.034 kJ/(kg ·K)，求烟气流经省煤器前的温度。

第二章热力学第二定律习题辅导(2021上册)1、一可逆热机在三个热源间工作，当热机从t1热源吸热1200j，作功200j时，已知各热源t1，t2，t3的温度分别为400k，300k，200k。

试求：(1)其他两个热源与热机交换的热量，指出热机是吸热还是放热；(2)各热源的熵变和总熵变。

[请问](1)热机循环一周：?u=0，-w=q1+q2+q3........(1)对称热机的热温商之和为零，q1/t1+q2/t2+q3/t3=0......(2)由(1)、(2)两式阿提斯鲁夫尔谷Champsaur：q2=-1200j，(吸热)；q3=200j，(放热)(2)δs1=q1/t1=3jk-1；δs2=-4jk-1；δs3=1jk-1δs 总=δs1+δs2+δs3=02、一切自发变化都有一定的__________________,并且都是不会________________进行的,这就是自发变化的共同特征。

[答]变化方向自动逆向3、下列四种表述：两者都不正确者为：()(c)(1)等温等温下的对称化学反应过程中，体系的熵变小δs=δh化学反应/t化学反应(2)体系经历一自发过程总有ds>0(3)自发过程的方向就是混乱度增加的方向(4)在绝热可逆过程中，体系的熵变为零(a)(1)，(2)；(b)(3)，(4)；(c)；(2)，(3)；(d)(1)，(4)4、存有三个小热源,其温度t3>t2>t1，现有一热机在下面两种相同情况下工作：(1)从t3热源吸取q热量循环一周对外作功w1，放给t1热源热量为(-q-w1)(2)t3热源先将q热量传给t2热源，热机从t2热源吸取q热量循环一周,对外作功w2，王安t1热源(-q-w2)的热量，则上述两过程鬼见愁的大小为：()(a)-w1>-w2(b)-w1=-w2(c)-w15、将一玻璃球放进真空容器中，球中已附赠1molh2o(l)(101.3kpa,373k)，真空容器内部恰好容纳1mol的h2o(g)(101.3kpa,373k)，若维持整个体系的温度为373k，小球被击溃后，水全部汽化成水蒸气，排序q，w，δu，δh，δs，δg，δa。