第三章-2-热力过程

第三章热力学思考题3-1令金属棒的一端插人冰水混合的容器中，另一端与沸水接触，待一段时间后棒上各处温度不随时间变化，这时全属棒是否处于平衡态为什么答: 不是平衡态。

因平衡态是，在不受外界影响的条件下，一个系统的宏观性质不随时间改变的状态。

因金属棒是在外界条件影响下达到平衡的，所以不是平衡态。

3-2 在热力学中为什么要引入准静态过程的概念答：在系统从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程中，如果任一个中间状态都可看作是平衡状态，这个过程就叫准静态过程。

准静态过程是无限缓慢的过程。

由于pV图上的任何一个点都代表了一个稳定的平衡态，因而pV图上任何一条光滑的曲线都代表了一个准静态过程。

如果假定系统在状态变化过程中所经历的实际过程是准静态过程的话，那么这个过程就可以在pV图上画出来，从而使对状态变化的研究变得简单而直观了。

因此，在热力学中引入准静态过程的方法实际上是一种将过程简化的理想化方法。

3-3 怎样区别内能与热量下面哪种说法是正确的(1) 物体的温度越高，则热量越多；(2) 物体的温度越高，则内能越大。

答：内能与热量是两个不同的概念。

内能是由热力学系统状态所决定的能量．从微观的角度看，内能是系统内粒子动能和势能的总和。

关于内能的概念，应注意以下几点：(a) 内能是态函数，是用宏观状态参量(比如p、T、V)描述的系统状态的单值函数，对于理想气体，系统的内能是温度T的单值函数；(b) 内能的增量只与确定的系统状态变化相关，与状态变化所经历的过程无关；(c) 系统的状态若经历一系列过程又回到原状态，则系统的内能不变； (d) 通过对系统做功或者传热，可以改变系统的内能。

热量是由于系统之间存在温度差而传递的能量。

从微观的角度看，传递热量是通过分子之间的相互作用完成的．对系统传热可改变系统的内能。

关于热量，应注意以下几点：(a) 热量是过程量，与功一样是改变系统内能的一个途径，对某确定的状态，系统有确定的内能，但无热量可言；(b) 系统所获得或释放的热量，不仅与系统的初、末状态有关，也与经历的过程有关，过程不同，系统与外界传递热量的数值也不同；(c) 在改变系统的内能方面，传递热量和做功是等效的，都可作为系统内能变化的量度。

第三章 2 热力学第一定律问题？汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。

那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。

这是为什么呢？热力学第一定律焦耳的实验一方面表明，以不同的方式对系统做功时，只要系统始末两个状态是确定的，做功的数量就是确定的；另一方面也向我们表明，为了改变系统的状态，做功和传热这两种方法是等价的。

也就是说，一定数量的功与确定数量的热相对应。

在焦耳之前，人们还没有认识到做功与热传递在改变系统内能方面是等价的。

焦耳做实验的本意是要探究两者的关系。

我们在上节课已经知道，单纯地对系统做功（热力学系统的绝热过程），内能的变化量与功的关系是ΔU ＝ W单纯地对系统传热，则内能的变化量与传递热量的关系是ΔU ＝ Q既然做功与传递热量对改变系统的内能是等价的，那么，当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量就应该是ΔU ＝ Q ＋ W也就是说，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。

这个关系叫作热力学第一定律（first law of thermodynamics ）。

可见，“问题”栏目中的汽缸内气体内能的变化量等于活塞对气体所做的功与通过加热向汽缸内气体传递的热量之和。

思考与讨论一定质量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时气体对外做的功是 135 J ，同时向外放热 85 J ，气体内能的变化量是多少？内能是增加了还是减少了？请你通过这个例子总结功和热量取正、负值的物理意义。

热力学第一定律的应用在运用热力学第一定律解决问题时，需要首先确定研究对象。

对于公式ΔU ＝Q ＋W ，我们可以这样理解：外界对系统做功有助于系统内能的增加，因此，外界对系统做功时，W 取正值；而系统对外界做功时，W 取负值。

同理，外界对系统传递热量有助于系统内能的增加，U 1U 2F因此，外界对系统传递的热量Q取正值；而系统向外界传递的热量Q就取负值。

工程热力学与传热学第三章 理想气体的性质与热力过程 典型问题分析一. 基本概念分析1 c p ，c v ，c p -c v ，c p /c v 与物质的种类是否有关，与状态是否有关。

2 分析此式各步的适用条件:3将满足下列要求的理想气体多变过程表示在p-v 图和T-s 图上。

（1） 工质又膨胀，又升温，又吸热的过程。

（2） 工质又膨胀，又降温，又放热的过程。

4 试分析多变指数在 1<n<k 范围内的膨胀过程特点。

二. 计算题分析理想气体状态方程式的应用 1某蒸汽锅炉燃煤需要的标准状况下，空气量为 q V =66000m 3/h ，若鼓风炉送入的热空气温度为t 1=250°C ，表压力 p g1=20.0kPa 。

当时当地的大气压力 p b =101.325kPa 。

求实际的送风量为多少？理想气体的比热容 2在燃气轮机动力装置的回热器中，将空气从150ºC 定压加热到350ºC ，试按下列比热容值计算对每公斤空气所加入的热量。

01 按真实比热容计算；02 按平均比热容表计算（附表2，3）； 03 按定值比热容计算；04 按空气的热力性质表计算（附表4）； 3已知某理想气体的比定容热容c v =a+bt ， 其中a ，b 为常数，试导出其热力学能，焓和熵变的计算式。

理想气体的热力过程 4一容积为 0.15m 3 的储气罐，内装氧气，其初始压力 p 1=0.55MPa ，温度 t 1=38ºC 。

若对氧气加热，其温度，压力都升高。

储气罐上装有压力控制阀，当压力超过 0.7MPa 时，阀门便自动打开，dTm c dHpV U d pV d dU pdV dU WdU Q P ==+=+=+=+=)()(δδ典 型 问 题放走部分氧气，即储气罐中维持的最大压力为 0.7MPa 。

问当罐中氧气温度为 285ºC 时，对罐中氧气共加入了多少热量？设氧气的比热容为定值。