最新工程热力学-思考题答案-沉维道-第二章教学提纲

⼯程热⼒学课后问题详解《⼯程热⼒学》沈维道主编第四版课后思想题答案（1~5章）第1章基本概念⒈闭⼝系与外界⽆物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热⼒系⼀定是闭⼝系统吗? 答：否。

当⼀个控制质量的质量⼊流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。

⒉有⼈认为，开⼝系统中系统与外界有物质交换，⽽物质⼜与能量不可分割，所以开⼝系不可能是绝热系。

这种观点对不对，为什么?答：不对。

“绝热系”指的是过程中与外界⽆热量交换的系统。

热量是指过程中系统与外界间以热的⽅式交换的能量，是过程量，过程⼀旦结束就⽆所谓“热量”。

物质并不“拥有”热量。

⼀个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放⽆关。

⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间⽽变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作⽤下保持不变；⽽平衡状态则⼀般指在外界作⽤下保持不变，这是它们的区别所在。

⒋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？在绝对压⼒计算公式b e p p p =+ ()b p p >; b v p p p =- ()b p p <中，当地⼤⽓压是否必定是环境⼤⽓压?答：可能会的。

因为压⼒表上的读数为表压⼒，是⼯质真实压⼒与环境介质压⼒之差。

环境介质压⼒，譬如⼤⽓压⼒，是地⾯以上空⽓柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、⾼度和⽓候条件不同⽽有所变化，因此，即使⼯质的绝对压⼒不变，表压⼒和真空度仍有可能变化。

“当地⼤⽓压”并⾮就是环境⼤⽓压。

准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压⼒，⽽不是随便任何其它意义上的“⼤⽓压⼒”，或被视为不变的“环境⼤⽓压⼒”。

⒌温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建⽴在热⼒学第零定律原理之上。

它利⽤了“温度是相互热平衡的系统所具有的⼀种同⼀热⼒性质”，这⼀性质就是“温度”的概念。

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。

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 =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。

当地大气压p b 不一定是环境大气压。

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。

7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。

有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。

4题图9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。

取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。

包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。

将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。

或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。

12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽p v1 a b29题图下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v图上表示？4．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。

1．热力学能就是热量吗？不是。

热力学能是工质的状态参数，是工质的性质，是工质内部储存能量，是与状态变化过程无关的物理量。

热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能，其大小与变化过程有关，热量不是状态参数。

2．若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞机上，工质的总能中是否包括外部储存能？在以氢、氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否应包括氢和氧的化学能？无论参考坐标建立在何处，工质的总能中始终包括外部储存能，只不过参考坐标建立合适，工质的宏观动能、宏观势能的值等于零，便于计算。

氢氧燃料电池中化学能变化是主要的能量变化，因而不可忽略。

3．能否由基本能量方程式得出功、热量和热力学能是相同性质的参数的结论？q= u＋w不能。

基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、热量和热力学能都是能量，都是能量存在的一种形式，在能量的数量上它们是有等价关系的。

而不涉及功、热量和热力学能的其他属性，也表明功、热量和热力学能的其他属性与能量本质无关。

4．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如图2-12所示。

若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能将如何变化？若在隔板上有一小孔，气体泄漏入B中，分析A、B两部分压力相同时A、B两部分气体热力学能如何变化？q= u＋wq=0， u为负值（u减少），转化为气体的动能，动能在B中经内部摩擦耗散为热能被气体重新吸收，热力学能增加，最终 u =0。

5．热力学第一定律的能量方程式是否可写成下列形式？为什么？q= u+pv q2-q1=(u2-u1)+(w2-w1)不可以。

w不可能等于pv，w是过程量，pv则是状态参数。

q和w都是过程量，所以不会有q2-q1和w2-w1。

6．热力学第一定律解析式有时写成下列两者形式：q= u＋w q= u＋12pdv分别讨论上述两式的适用范围。

前者适用于任意系统、任意工质和任意过程。

后者适用于任意系统、任意工质和可逆过程。

第二章 热力学第一定律
1．答：将隔板抽去，根据热力学第一定律其中所以容器中空气的热力学能不变。

若有一小孔，以B 为热力系进行分析
只有流体的流入没有流出，，忽略动能、势能
B 部分气体的热力学能增量为，A 部分气体的热力学能减少量为
2．答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。

对于只有在特殊情况下，功可以写成。

热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有=这样
一个必需条件。

对于公式
，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。

3．答： 适用于任何过程，任何工质
可逆过程，任何工质
4．答：推动功是由流进（出）系统的工质传递而由工质后面的物质系统作出的。

对于闭口系统，不存在工质的流进（出）所以不存在这样进行传递的功。

w u q +∆=0,0==w q i f f cv W m gz c h m gz c h dE Q δδδδ+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=1121122222220,0==i W Q δδ1
11
11
1m h U m h dU m h dE CV =∆==δδU ∆U ∆pv u q +∆=w pv w pv ()()121212w w u u q q -+-=-w u q +∆=⎰+∆=2
1pdV
u q
5．答：可以。

稳定流动能量方程式可应用于任何稳定流动过程，对于连续工作的周期性动作的能量转换装置，只要在平均单位时间所作的轴功、吸热量以及工质的平均流量为常量，虽然它内部工质的状态及流动情况是变化的，但这种周期性的变化规律不随时间而变，所以仍然可以利用稳定流动能量方程式分析其能量转换关系。

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GAGGAGAGGAFFFFAFAF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。

GAGGAGAGGAFFFFAFAF4．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=p b+p g (p> p b), pp b -p v (p< p b)中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b改变，压力表读数就会改变。

当地大气压p b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The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to4题图GAGGAGAGGAFFFFAFAFmeasure 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 temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.6．经验温标的缺点是什么？为什么？GAGGAGAGGAFFFFAFAF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。

第一章 基本概念习 题1-1 英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（1）下纯水的冰点是，汽点是，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。

01325Pa 32F °212F ° 提示和答案：华氏温标和摄氏温标定点不同，但分度规律相同，可得，F C 9{}{}325t t °°=+。

1-2 英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为。

已知热力学绝对温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是273.15K 和491.；汽点的读数分别是373.15K 和。

(1)导出朗肯温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？R F {}{}459.67T t °°=+67R °671.67R ° 提示和答案： 朗肯温标和华氏温标的关系与摄氏温标和热力学温标的关系相仿，故朗肯温度和热力学温度也成比例，解得 ，{R} 1.8{K}T T °={K}0T = K 时 。

{R}0R T °=°1-3 设一新温标，用符号表示温度单位（它的绝对温标是用表示温度单位）。

规定纯水的冰点和汽点100和100。

试求：（1）该新温标与摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为时，其绝对温标读数是多少？ N °Q °N °0N °0N °Q ° 提示和答案：（1）N {}100{}010001001000t t °−−=−−C °52.30610Pa 0.231MPa p =×=N C {}9{}100t t °°=+（2） Q N C {}{}9{}100T t t °°°=+=++常数常数K 9[{}273.15]100T =−++常数据题意，当T {K}=0 K 时， 故解得上式中常数=2358.35代回原式得{Q}0Q T °=°Q N {}{}2358.35T t °°=+ 时{N}0T °={Q}2358.385N T °=°1-4 直径为1m 的球形刚性容器，抽气后真空度为752.5mmHg ，若当地大气为，求（1）容器内绝对压力为多少Pa ；（2）容器表面受力多少N ？0.101MPa 提示和答案：容器表面力为两侧压力差与表面积的乘积。

第一章基本概念与定义1．答：不一定。

稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2．答：这种说法是不对的。

工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。

但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。

3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。

稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。

平衡状态并非稳定状态之必要条件。

物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。

平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。

4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。

当地大气压不一定是环境大气压。

环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。

5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。

6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。

由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。

7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。

8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。

9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。

系统和外界整个系统不能恢复原来状态。

10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。

11．答：不一定。

主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。

第二章 热力学第一定律1．答：将隔板抽去，根据热力学第一定律w u q +∆=其中0,0==w q 所以容器中空气的热力学能不变。

工程热力学课后思考题答案（沈维道童钧耕主编）工程热力学课后思考题答案（沈维道-童钧耕主编）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，平衡流动系统内质量也维持恒定。

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，边界层系则的边界层就是指热能单独通过系统边界展开传达（传热量），随其物质出入的热能（精确地说道就是热力学能够）无此其中。

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(p<pb)中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压pb发生改变，压力表读数就可以发生改变。

当地大气压pb不一定就是环境大气压。

5．温度计测温的基本原理是什么？4题图热力学第零定律p1=pg1+pbpbpg1p2=pg2+p1pg2thermometer―withbodyaandtemperaturescales(温度的标尺，缩写温标)separately.whentheyareinthermalequilibrium,theyhavethesametemperature.thenw ecanknowthetemperatureofbodyawithtemperaturescalemarkedonthermometer.6．经验温标的缺点就是什么？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。

7．使得系统状态变化的原因就是什么？举例说明。

有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。

8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。

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。

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=p b +p g (p> p b ), p= p b -p v (p< p b )当地大气压P b 改变，压力表 读数就会改变。

当地大气压P b 不么？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。

7 •促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。

有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。

中，当地大气压是否必定是环境大气压?定是环境大气压。

6•经验温标的缺点是什么？为什4题图9.家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。

取正在使用的家用电热水器为控制体 （但不包括电加热器），这是什么 系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能9题图构成孤立系统?为开口绝热系统（b 图）。

X X /Z \\ \、电流 热水传热 M — 不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。

包括电加热器则将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部 包括在内，构成孤立系统。

或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。

12.图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两 真空部分，一部分装气体，一部分抽成真空,中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去传热 冷水冷a热水隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽下一块，则又如何?(3)上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在示？ 4•一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分， A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。

工程热力学课后思考题答案--第四版-沈维道-童钧耕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 =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。

当地大气压p b 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The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measuretemperature 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. Whenthey are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature 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。

工程热力学课后思考题答案第四版沈维道童钧耕主编高等教育出版社工程热力学课后思考题答案第四版沈维道童钧耕主编高等教育出版社1.封闭系统与外界没有物质交换，系统中的质量保持不变，所以系统中质量恒定的热力系统一定是封闭系统？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。

2.有人认为开放系统中的系统与外界之间存在物质交换，物质和能量是不可分割的，因此开放系统不可能是绝热系统。

正当为什么？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？平衡状态必须是稳定状态，而稳定状态不一定是平衡状态。

4.如果容器中的气体压力没有变化，安装在容器上的压力表读数是否会变化？绝对压力计算公式p=pb+pg(p>pb),p=pb-pv(p<pb)当地大气压力一定是环境大气压力吗？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.温度计的基本原理是什么？热力学第零定律4.标题图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。

7.是什么导致系统状态发生变化？举个例子。

有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。

8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。

参加公路自行车赛的运动员是开放式系统，运动手枪中的压缩空气是封闭式绝缘系统，杯子中的热水是开放式系统（封闭式系统——忽略蒸发），运行的电视是封闭式系统。

9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。

取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能当前热水冷水传热热水冷水ab9主题图构成孤立系统？除电加热器外，它是一个开放式（非绝缘）系统（图a）。

第一章 思考题1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？答：不对。

因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。

因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。

2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。

所以两者是不同的。

如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。

反之，均匀系也不一定处于平衡态。

但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。

如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。

3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。

对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。

但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。

这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。

4、“过程量”和“状态量”有什么不同？答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。

因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。

习 题1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m ，将其中气体的压力抽至 1000 Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1MPa 。