第五章 热力学基础.doc

第五章 热力学基础
一.选择题
p
V
V1
V2
O
A
B
C
DF
图10.1
1.如图10.1所示，一定量的理想气体从体积V1膨胀到体积V2分别经历的过程是：A®B等压过程; A®C等温过程; A®D绝热过程 . 其中吸热最多的过程
(A) 是A®B.
(B) 是A®C.
(C) 是A®D.
(D) 既是A®B,也是A® C ,两者一样多.
2.用公式DE=νCV DT(式中CV为定容摩尔热容量，ν为气体摩尔数)计算理想气体内能增量时，此式
(A) 只适用于准静态的等容过程.
(B) 只适用于一切等容过程.
(C) 只适用于一切准静态过程.
(D) 适用于一切始末态为平衡态的过程.
3.用下列两种方法: (1) 使高温热源的温度T1升高DT, (2) 使低温热源的温度T2降低同样的DT值，分别可使卡诺循环的效率升高Dh 1和Dh 2，两者相比:
(A) Dh1> D h2 . (B) Dh2>Dh1 .
(C) Dh1= D h2 . (D) 无法确定哪个大.
4.一定量某理想气体所经历的循环过程是:从初态(V0 ,T0)开始,先经绝热膨胀使其体积增大1倍,再经等容升温回复到初态温度T0, 最后经等温过程使其体积回复为V0 , 则气体在此循环过程中
(A) 对外作的净功为正值.
(B) 对外作的净功为负值.
(B) 内能增加了.
(D) 从外界净吸收的热量为正值.
V
T
O
A
C
B
图11.1
5.一定量理想气体经历的循环过程用V—T曲线表示如图11.1,在此循环过程中,气体从外界吸热的过程是
(A) A→B.
(B) B→C.
(C) C→A.
(D) B→C和C→A.
S1
S2
p
V
O
图11.2
6.理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小(图11.2中阴影部分)分别为S1和S2 , 则二者的大小关系是:
(A) S1 > S2 .
(B) S1 = S2 .
(C) S1 < S2 .
(D) 无法确定.
7.在下列说法中,哪些是正确的？
(1) 可逆过程一定是平衡过程.
(2) 平衡过程一定是可逆的.
(3) 不可逆过程一定是非平衡过程.
(4) 非平衡过程一定是不可逆的.
(A) (1)、(4) .
(B) (2)、(3) .
(C) (1)、(2)、(3)、(4).
(D) (1)、(3) .
8.根据热力学第二定律可知:
(A) 功可以全部转换为热,但热不能全部转换为功.
(B) 热可以从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体.
(C) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程.
(D) 一切自发过程都是不可逆的.
9.“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外作功.”对此说法,有以下几种评论,哪种是正确的？
(A) 不违反热力学第一定律,但违反热力学第二定律.
(B) 不违反热力学第二定律,但违反热力学第一定律.
(C) 不违反热力学第一定律,也不违反热力学第二定律.
(D) 违反热力学第一定律,也违反热力学第二定律.
10. 某理想气体,初态温度为T,体积为V,先绝热变化使体积变为2V,再等容变化使温度恢复到T,最后等温变化使气体回到初态,则整个循环过程中,气体
(A) 向外界放热.
(B) 从外界吸热.
(C) 对外界做正功.
(D) 内能减少.
p
p
V
V
O
O
a
b
c
(1)
(2)
d
e
f

11. 一定量的理想气体，分别经历如图1.3(1)所示的abc过程(图中虚线ac为等温线)和图9.1(2)所示的def过程(图中虚线df 为绝热线). 判断这两过程是吸热还是放热.
(A) abc过程吸热，def过程放热.
(B) abc过程放热，def 过程吸热.
(C) abc过程def过程都吸热.
(D) abc过程def过程都放热.

12. 如图，一定量的理想气体，由平衡状态A变到平衡状态B(pA=pB),则无论经过的是什么过程，系统必然
·
·
O
A
B
V
p
图
(A) 对外作正功.
(B) 内能增加.
(C) 从外界吸热.
(D) 向外界放热.
13. 已知系统从a态经某一过程到达b态，过程吸热10J，系统内能增量为5J.现系统沿原过程从b态返回a态，则系统对外做功是( )
A.-15J B.-5J
C.5J D.15J
14. 理想气体初态的体积为V1，经等压过程使体积膨胀到V2，则在此过程中，气体对外界作（ ）
A．正功，气体的内能增加 B．正功，气体的内能减少
C．负功，气体的内能增加 D．负功，气体的内能减少
15. 理想气体的初态为P1、V1，经可逆绝热过程到达终态P2、V2，则该气体的泊松比γ为
（　　　）
A．ln (P2V1)/ln (P1V2) B．ln (P1V1)/ln (P2V2)
C．ln (P2/P1)/ln (V1/V2) D．ln (P1/P2)/ln (V1/V2)
16. 系统在某一状态变化过程中，放热80J，外界对系统作功60J，经此过程，系统内能增量为（　　　）
A．140J B．70J
C．20J D．-20J
17.如图，理想气体从a态出发，经绝热过程①到达b态，又从b态经过程②返回a态，则经过程②
A.气体内能减少，在此过程中外界对气体作负功
B.气体内能增加，在此过程中外界对气体作负功
C.气体内能减少，在此过程中外界对气体作正功
D.气体内能增加，在此过程中外界对气体作正功
题3图
二.填空题
1.同一种理想气体的定压摩尔热容Cp大于定容摩尔热容CV, 其原因是
.
2.常温常压下,一定量的某种理想气体(视为刚性分子,自由度为i),在等压过程中吸热为Q,对外作功为A,内能增加为DE, 则A/Q = , DE/Q = .
p
V
O
a
b
c
图10.2
外力
图10.3
3.如图10.2所示,一定量的理想气体经历a®b®c过程 , 在此过程中气体从外界吸收热Q,系统内能变化DE, 请在以下空格内填上>0或<0或=0. Q , DE .
4. 一卡诺热机低温热源的温度为27°C,效率为40% ,高温热源的温度T1 = .
5. 设一台电冰箱的工作循环为卡诺循环,在夏天工作,环境温度在35°C,冰箱内的温度为0°C,这台电冰箱的理想制冷系数为w = .
6. 两条绝热线能否相交？答: 相交.因为根据热力学第二定律,如果两条绝热线 ,就可以用 条等温线与其组成一个循环,只从单一热源吸取热量,完全变为有用功,而其它物体不发生变化,这违反热力学第二定律,故有前面的结论.
7. 处于平衡态A的热力学系统,若经准静态等容过程变到平衡态B，将从外界吸热416 J，若经准静态等压过程变到与平衡态B有相同温度的平衡态C，将从外界吸热582 J,所以,从平衡态A变到平衡态C的准静态等压过程中系统对外界所作的功为 .
8. 气缸内充有一定质量的理想气体,外界压强p0保持不变,缓缓地由体积V1膨胀到体积V2,若
(1) 活塞与气缸无摩擦；
(2) 活塞与气缸有摩擦；
(3) 活塞与气缸间无摩擦,但有一恒力F沿膨胀方向拉活塞.
对于以上三种情况，系统对外作功最大的是 ，最小的是 ；系统从外界吸收热量最多的是 , 最少的是 .
9. 刚性双原子分子理想气体的定压摩尔热容量CP=_____________J／(mol·K)，它的泊松比γ=_____________。(普适气体常量R=8.31J／(mol．K))
10. 气体经历如图所示的循环过程.在一次循环中，气体对外所作的净功是______.

11.一定质量的理想气体经历一等压膨胀过程，在该过程中气体对外做功为W,气体吸热为Q，过程前后热力学能的增量为ΔU，则W、Q、ΔU三个量中最大的量为________________.
–
–
p(Pa)
V(m3)
400
300
200
100
4
2
6
A
B
C
O

三.计算题
1. 比热容比g = 1.40的理想气体,进行如图11.6所示的ABCA循环,状态A的温度为300K. (1)求状态B、C的温度; (2)计算各过程中气体吸收的热量、气体所作的功和气体内能的增量.

2. 如图，单原子分子理想气体由初状态a出发，经图示的直线过程到达终状态b.
求： (1)在a→b过程中，气体对外界所做的功W；
(2)在a→b过程中，气体所吸收的热量Q.

3. 单原子分子理想气体作如图所示的循环过程，其中a→b是绝热过程，b→c 是等压过程，c→a是等容过程。已知a态的温度为Ta，b态的温度为Tb,c态的温度为Tc,求此循环过程的效率η.

4. 1 mol单原子分子理想气体作如图所示的循环过程，其中a→b是等温过程，在此过程中气体吸热Q1=3.09×103J,b→c是等容过程，c→a是绝热过程。已知a态温度Ta=500K,c态温度Tc=300K.普适气体常量R=8.31J/(mol·K)
求：(1)此循环过程的效率η；
(2)在一个循环过程中，气体对外所做的功W.

5. 理想气体作如图所示的循环过程，图中a→b是等压过程，在该过程中气体从外界吸热100J；b→c是绝热过程；c→a是等温过程。已知该循环过程的效率=7%，
求：（1）在过程c→a中，气体向外界放出的热量Q2；
（2）在过程a→b→c中，气体对外界所作的功W.

a
b
c
d
p (atm)
V(L)
6
2
25
50
0

6.汽缸内贮有36g水蒸汽(水蒸汽视为刚性分子理想气体),经abcda循环过程,如图12.4所示.其中a－b、c－d为等容过程,b－c为等温过程,d－a为等压过程.试求:
(1) Ada = ？
(2) DEab =？
(3) 循环过程水蒸汽作的净功 A =？
(4) 循环效率h=？

7. 一定质量的双原子分子理想气体作如题图所示的abcda循环，P2=2P1,V2=2V1，试求该循环的效率η。

8. 5mol的氦气（视为理想气体），温度由290K升为300K。若在升温过程中，（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；（3）不与外界交换热量，试分别根据这三种情况求出气体内能的改变、吸收的热量和气体所作的功。（普适气体常量R=8.31J·mol-1·K-1，答案保留整数）
9. 一摩尔单原子分子理想气体经等压过程温度升高了100K.
求：（1）此过程气体对外所做的功；
（2）此过程气体所吸收的热量。
（普适气体常量R=8.31J/(mol·K)）
10. 如图，一摩尔单原子分子理想气体从温度为Ta的初态a出发，经绝热过程到达温度为Tb的b态，又经等容过程到达温度为Tc的c态。已知Ta-Tb=100K，Ta=Tc，普适气体常量R=8.31J／(mol·K)．求在整个过程a→b→c中，气体对外所做的功和吸收的热量。

11. 有1mol空气（视为双原子理想气体），开始时处于标准状态，后经历一个等温过程变化到另一个状态，在该过程中气体吸热831J。试问：
（1）气体的内能变化多少？气体做功多少？
（2）气体的体积变为多少？[以升（L）为单位]
（3）气体的压强变为多少？[以大气压（atm）为单位]
（结果保留3位有效数字。普适气体常量°标准状态下T0=273K;
p0=1atm=1.013×105Pa；摩尔体积V0==22.4×10-3）
12. 1 mol单原子分子理想气体从初态出发，经等压过程后到达终态。在该过程中气体对外做功83.1J，
求：（1）气体的终态温度比初态温度升高多少？
（2）气体的终态内能比初态内能增加多少？
（普适气体常量R=8.31J/（mol·k）
13. 有4mol空气（视为双原子理想气体，分子的自由度为5），开始时压强p1=1.0×105Pa,体积V1=0.10m3。后来气体经历一个等压过程，体积膨胀到V2=0.20m3。
试问：
（1）气体内能变化多少？
（2）气体做功多少？
（3）气体吸热多少？
[结果保留2位有效数字。普适气体常量R=8.31J/(mol·k)]
14. 已知热机在一次循环中，工作物质向低温热源放热Q2是热机对外做功的4倍，
(1)经一次循环过程，工作物质从高温热源吸热Ql为的多少倍?
(2)求热机效率．
15. 一定质量的理想气体，作如图所示的循环过程，其中a→b为等容过程，b→c为等压过程，c→a为等温过程。图中pa、va、pb为已知量。求在一次循环过程中，气体对外所作的功。

16. 如图，l mol单原子分子理想气体经历一准静态过程AB，在p-V图上A→B为直线，
图中P0和V0为已知量.求：
(1)此过程中该气体对外界做的功.
(2)气体处在A态时的热力学能.
(3)此过程中气体吸收的热量.

17. 1mol单原子分子理想气体先经过等体过程温度升高了20K，后又经过绝热过程温度降低了20K，求在此两过程中气体对外做的功W.(摩尔气体常数R=8.31J／(mol.K))
18. 一定量的理想气体，其体积和压强依照V=的规律变化，其中a为已知常数，试求：(1)气体从体积V1膨胀到V2所作的功；(2)体积为V1时的温度T1与体积为V2时的温度T2之比.
19. 一作卡诺循环的热机,高温热源的温度为400K,每一循环从此热源吸进100J的热量并向一低温热源放出80J的热量.求
(1) 低温热源温度；
(2) 该循环的热机效率.