华理工大学大学物理习题之热力学第二定律习题详解

时间：2025-02-23

习题十一

一、选择题

1．你认为以下哪个循环过程是不可能实现的 [ ]

（A）由绝热线、等温线、等压线组成的循环；（B）由绝热线、等温线、等容线组成的循环；（C）由等容线、等压线、绝热线组成的循环；（D）由两条绝热线和一条等温线组成的循环。答案：D

解：由热力学第二定律可知，单一热源的热机是不可能实现的，故本题答案为D。

2．甲说：由热力学第一定律可证明，任何热机的效率不能等于1。乙说：热力学第二定律可以表述为效率等于100%的热机不可能制成。丙说：由热力学第一定律可以证明任何可逆热机的效率都等于1 的效率等于1

。丁说：由热力学第一定律可以证明理想气体可逆卡诺热机T1

。对于以上叙述，有以下几种评述，那种评述是对的 [ ] T1

（A）甲、乙、丙、丁全对；（B）甲、乙、丙、丁全错；（C）甲、乙、丁对，丙错；（D）乙、丁对，甲、丙错。答案：D

解：效率等于100%的热机并不违反热力学第一定律，由此可以判断A、C选择错误。乙的说法是对的，这样就否定了B。丁的说法也是对的，由效率定义式 1 可逆卡诺循环中有为D。

3．一定量理想气体向真空做绝热自由膨胀，体积由V1增至V2，此过程中气体的 [ ]

（A）内能不变，熵增加；（B）内能不变，熵减少；（C）内能不变，熵不变；（D）内能增加，熵增加。答案：A

解：绝热自由膨胀过程，做功为零，根据热力学第一定律Q U pdV，系统内能

V1V2

，由于在Q1

Q2T2T

，所以理想气体可逆卡诺热机的效率等于1 2。故本题答案Q1T1T1

不变；但这是不可逆过程，所以熵增加，答案A正确。

4．在功与热的转变过程中，下面的那些叙述是正确的？[ ]

（A）能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸取热量，使之完全变为有用功；

（B）其他循环的热机效率不可能达到可逆卡诺机的效率，可逆卡诺机的效率最高；（C）热量不可能从低温物体传到高温物体；（D）绝热过程对外做正功，则系统的内能必减少。答案：D

解：（A）违反了开尔文表述；（B）卡诺定理指的是“工作在相同高温热源和相同低温热源之间的一切不可逆热机，其效率都小于可逆卡诺热机的效率”，不是说可逆卡诺热机的效率高于其它一切工作情况下的热机的效率；（C）热量不可能自动地从低温物体传到高温物体，而不是说热量不可能从低温物体传到高温物体。故答案D正确。

5．下面的那些叙述是正确的？[ ]

（A）发生热传导的两个物体温度差值越大，就对传热越有利；（B）任何系统的熵一定增加；

（C）有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量，但无规则运动的能量不能够变为有规则运动的能量；

（D）以上三种说法均不正确。答案：D

解：（A）两物体A、B的温度分别为TA、TB，且TA TB，两物体接触后，热量dQ从A 传向B，经历这个传热过程的熵变为dS dQ(

)，因此两个物体温度差值越大，TBTA

熵变越大，对传热越不利；(B)孤立系统的熵一定增加，而如果一个系统与外界有物质或者能量的交换，该系统的熵可以减少，比如地球这个系统，由于与太阳等存在能量交换，地球处于相对比较有序的状态，而热寂态则不会出现；（C）热机可以将热能变为机械功，这就是将无规则运动的能量变为有规则运动的能量。故本题答案为D。

6．一摩尔单原子理想气体从初态(p1、V1、T1)准静态绝热压缩至体积为V2，其熵[ ]

（A）增大；（B）减小；（C）不变；（D）不能确定。答案：C

解：准静态过程是可逆过程，又是绝热过程， S

二、填空题

1．一热机每秒从高温热源（T1 600K）吸取热量Q1 3.34 104J，做功后向低温热源（T2 300K）放出热量Q2 2.09 104J，它的效率是，它可逆机（填“是”或者“不是”），如果尽可能地提高热机的效率，每秒从高温热源吸热3.34 104J，则每秒最多能做功。

0，C正确。 T

答案：37.4%；不是；1.67 104J。

T2Q23002.09 104

1 1 50%， c，根解：（1） 1 ， 1 37.4%c

T1600Q13.34 104

据卡诺定理可知，该热机不是可逆热机。

（2）根据卡诺定理，工作在相同高温热源和相同低温热源之间的一切热机，其最大效率为 c 1