第11章 热力学定律.doc

思考题11-1 有人说“任何没有体积变化的过程就一定不对外做功”，这种说法对吗？（不对，还有电磁场力做功）11-2 能否说“系统含有热量”？能否说“系统含有功”？（前者成立，后者错误）11-3 焦耳热功当量实验在建立热力学第一定律过程中有什么作用？（将功和热量联系起来，给出转化的量度）11-4 功是过程量，为什么绝热过程中功只与始末状态有关？(当系统绝热地从初态过渡到末态时，系统内能的增量等于外界对系统所作的绝热功.内能是一个由系统的状态确定的函数，是态函数.)11-5 一系统能否吸收热量，仅使其内能变化？一系统能否吸收热量，而不使其内能变化？（等压过程和等温过程）11-6 分别在图上做出等压、等温、等容以及绝热过程曲线并比较绝热曲线和等温曲线.（图秦允豪。热学，第二版，197页。绝热过程，等温过程，起始于同一点。）11-7 一定量的理想气体分别经绝热、等温和等压过程后膨胀了相同的体积，试从pV图上比较这三种过程作功的差异。（11-6题图，绝热等温等压）11-8 将1mol氮气和氦气从相同的状态出发准静态绝热膨胀使体积各增加一倍，做功一样吗？（外界对氮气做功多）11-9 有人声称他设计了一个机器，当燃料供给9107cal热量时，机器对外做30kWh的功，而有7106的热量放走.这样的机器可能吗？（不可能，违背热力学第一定律）11-10 由、描述的理想气体，在等体、等温、等压和绝热过程中能独立改变的状态参量的数目是多少？（前三种情况均为1，绝热为2）11-11 为什么热力学第二定律可以有多种不同的表述？（热力学第二定律指明过程的方向性的，所以可以用一个具体的过程的不可逆来描述）11-12 自然界的过程都遵守能量守恒定律。那么，作为它的逆定理“遵守能量守恒定律的过程都可以在自然界中出现”能否成立？（不能）11-13 功可以完全变为热，热不能完全变为功，这种说法正确吗？（热在有外界变化的情况下可以完全变为功）11-14 不可逆过程就是不能向反方向进行的过程，这种说法正确吗？（外界变化的情况下可以向反方向进行）11-15 由热力学第二定律说明在导体中通有有限大小电流的过程不可逆.（涉及热现象）11-16 太阳把热量辐射到地面，可否用凸透镜把阳光汇聚到某一点，使该点的温度上升到甚至超过太阳的温度？（不可能）习题11-1 一打足气的自行车内胎若在7.0时轮胎中空气压强为4.0105 Pa、则在温度变为37.0 时，轮胎内空气压强为多少？（设内胎容积不变）. （）解：=4.43105 Pa11-2 在湖面下50.0 m深处（温度为4.0），有一个体积为1.010-5 m3的空气泡升到湖面上来，若湖面的温度为17.0 ，求汽泡达到湖面时的体积.（取大气压强为Po=1.013105 Pa，假定汽泡上升过程中泡内气体质量没有变化.）（）解： =6.1110-5 m311-3 气缸内贮有2.0 mol的空气，温度为27，维持压强不变，而使空气的体积胀到原体积的3倍，求空气膨胀时所作的功. 解：=9.97103J11-4 1mol范德瓦耳斯气体等温地由体积V1膨胀到V2的过程中对外作功多少？（）解： =11-5 一定质量的理想气体经历（为常数）的过程，求气体的摩尔热容，摩尔热容说明了什么问题？ 将理想气体状态方程两边微分之后将代入，说明热容不一定为常数11-6 一定量的空气，吸收了1.7110 3 J的热量，并保持在1.010 5 Pa下膨胀，体积从1.010-2 m3增加到1.510-2 m3，问空气对外作了多少功？它的内能改变了多少？解：=5.010 2J =1.2110 3J11-7 1.0 mol的空气从热源吸收了热量2.66105 J，其内能增加了4.18105 J，在这过程中气体作了多少功？是它对外界作功，还是外界对它作功？解：=-1.52105 J外界对气体作功11-8 一压强为1.0105 Pa，体积为1.010-3 m3的氧气自0加热到100，问：（1）当压强不变时，需要多少热量？当体积不变时，需要多少热量？（2）在等压或等体过程中各作了多少功? 解：（1）压强不变：=129.8J体积不变：=93.1J（2）压强不变：=36.6J体积不变：=011-9 在标准状况下的0.016kg的氧气，分别经历下列过程从外界吸收了334.4J的热量.（1）等温过程，求终态体积.（2）等容过程，求终态压强.（3）等压过程，求内能的变化.（氧气看做理想气体）解：（1）=1.510-2m3（2） =1.07105Pa（3）=238J11-10 为确定多方过程方程中的指数n，通常取为纵坐标，为横坐标作图，讨论曲线形状，说明如何确定n.解：为直线，n为曲线形状的斜率的绝对值）11-11 空气由压强为1.52105 Pa、体积为5.010-3 m3等温膨胀到压强为1.01105 Pa，然后再经等压过程压缩到原来体积，试计算空气所作的功. 解：等温膨胀：等压压缩：=55.7J11-12 如图11-9所示，一容积为40L的绝热容器盛有2 mol的氧气，中间用一无摩擦的绝热活塞均分为A、B两部分.开始时两边的压强均为1.013105 Pa，现使电流I通过电阻r缓慢加热A部气体，直到B侧体积缩小一半.问：（1）在无限短的时间dt内，针对A部气体的热力学第一定律的表达式形式如何？（2）两部分气体最后的温度各为多少？（3）A部气体吸热多少？图11-9 习题11-12用图 图11-10 习题11-13用图解：（1）（2）=322K =966K （3）A部气体吸收的热量，等于整个系统内能的增量，故有：=11-13 0.32Kg的氧气作图11-10中所示循环ABCDA，设V22V1T1300K，T2200K，求循环效率.（已知氧气的定体摩尔热容的实验值Cv.m=21.1J(molK) （）解：AB为等温膨胀吸热,CD为等温压缩放热，DA为等体过程吸热 ，BC为等体过程放热）15%11-14 一卡诺热机的低温热源温度为7，效率为40，若要将其效率提高到50，求高温热容的温度需提高多少度？(93.3K)解：11-15 有一理想气体为工作物质的热机，其循环如图11-11所示，试证明热机效率为图11-11 习题11-15用图（AB为绝热线）证明：11-16 假定夏季室外温度恒定为37.0，启动空调使室内温度始终保持在17.0，如果每天有2.51108J的热量通过热传导等方式自室外流入室内，则空调一天耗电多少？（设该空调致冷机的致冷系数为同条件下的卡诺致冷机系数的60%）解：=8.0kWh11-17 理想气体经历一卡诺循环，当热源温度为100，冷却温度为0时，输出净功800J，若维持冷却温度不变，提高热源温度，使输出功增加为1600J，则这时热源温度和效率各为多少？（设这两个循环工作于相同的两个绝热线之间）.解：= 26.853.6=588K11-18 用反证法证明绝热线和等温线不可能交于两点. 利用开尔文表述证明分两种情况（1）绝热线在等温线之下，组成的热机循环违反热力学第二定律（2）绝热线在等温线之上，组成的热机循环违反热力学第一定律11-19 热力学系统从状态A变到状态B，状态B的热力学概率是状态A的二倍，确定系统熵的变化.( )解：11-20 试由熵增加原理推证出热力学第二定律的开尔文表述.采用反证法。若开尔文表述不成立，则可以制造一单源热机，设在一个循环中热机从温度为T的热源吸热Q，并将其全部转化为功。把热源和热机看作一热力学系统，该系统为绝热系，在单源热机经历一个工作循环后，绝热系的熵变为这与熵增加原理相矛盾。它说明若开尔文表述不成立，则熵增加原理亦不成立。11-21 用一个隔板把绝热容器分成体积为V1和V2的两部分，两部分初始温度均为T，初始压强均为p，但所盛气体种类不同.若将隔板抽开，让气体均匀混合，求混合前后系统的熵变.解：DS=DS1+DS2=0