第8章热力学习题解答

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第8章 热力学基础

8.1基本要求



1.理解准静态过程、功、热量的概念，并掌握功的计算方法。 2.掌握热力学第一定律及其在理想气体各等值过程中的应用。

3.掌握理想气体定体和定压摩尔热容及比热容比的概念及计算方法。

4.理解绝热过程，能熟练地分析、计算理想气体在此过程的功、热量和内能的增量。

5.理解循环过程的基本特征，理解热机循环和致冷循环的物理意义，理解热机效率的计算方法。掌握卡诺循环及其特点，能熟练地分析、计算卡诺循环的效率。

6.理解热力学第二定律的两种表述及其等效性，了解可逆过程、不可逆过程及卡诺定理。 7.理解热力学第二定律的本质，了解熵的概念和熵增加原理。

8.2基本概念

1 准静态过程

系统经历的每一个中间状态都无限地接近平衡态的状态变化过程。 2 功

热力学系统与外界交换能量的一种方式，准静态过程中系统对外界做的功为

W pdV pdV

V

V1

V2

3 热量

传热过程中传递的能量，热力学系统与外界交换能量的另一种方式。 4 摩尔热容

当一个系统温度升高（或降低）dT时，吸收（或放出）的热量如果为dQ，则系统的热容定义为：C

dQ

dT

5 定体摩尔热容

若1mol的理想气体在等体过程中温度改变dT时所传递的热量为dQV，则定体摩尔热容为：

CV,m

dQVi

R，等体过程中内能的增量可表示为：E2 E1 CV,m(T2 T1) dT2

6 定压摩尔热容

若1mol的理想气体在等压过程中温度改变dT时传递的热量为dQp，则气体的定压摩尔热容为：Cp,m

dQpdT

，与定体摩尔热容的关系为Cp,m CV,m R，等压过程所吸收的热量

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可表示为：Qp Cp,m(T2 T1) 7 比热容比

定压摩尔热容Cp,m与定体摩尔热容CV,m的比值，用 表示

8 循环过程

Cp,mCV,m

i 2

i

系统经过一系列的状态变化过程以后又回到原来状态的过程，循环过程的重要特征是内能的增量 E 0

9 正循环及热机的效率

过程进行的方向在p V图上按顺时针方向进行的循环过程叫正循环，工质作正循环的热机效率为：

10 逆循环及致冷机的效率

QWQ1 Q2

1 2 Q1Q1Q1

过程进行的方向在p V图上按逆时针方向进行的循环过程叫逆循环，工质作逆循环的致冷机效率为：

e

11 可逆和不可逆过程

Q2Q2

WQ1 Q2

系统逆过程能重复正过程的每一状态且不引起外界任何变化的状态变化过程称为可逆过程，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，可逆过程是从实际过程中抽象出来的一种理想过程。

8.3基本规律

1 热力学第一定律

系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分使系统对外界做功。其表达式为：Q E2 E1 W E W 2 理想气体的各等值过程 （1）等体过程

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过程方程 内能增量 对外做功 吸收热量

p

常量 T

ii

dE RdT， E R(T2 T1)

22dW 0，W 0

dQV dE

ii

RdT，QV E R(T2 T1) 22

能量转化特点：系统吸收的热量全部用来增加系统的内能。 （2）等压过程 过程方程 内能增量 对外做功 吸收热量

V

常量 T

ii

dE RdT， E R(T2 T1)

22

dW pdV RdT， W p(V2 V1) R(T2 T1)

dQp dE pdV， Qp E2 E1 p(V2 V1)

i

R(T2 T1) R(T2 T1) 2

能量转化特点：系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能，另一部分用来对外界做功。 （3）等温过程 过程方程 内能增量 对外做功

pV 常量 dE 0， E 0

dW pdV，W RT

V1

V2

VdV

RT1n2 VV1

V2P

或QT RTln1 V1P2

吸收热量

dQT dW pdV，QT RTln

能量转化特点：系统吸收的热量全部用来对外做功。 3 理想气体的绝热过程

系统在状态变化时始终不与外界交换热量的过程 吸收热量 内能增量

dQV 0，QV 0

dE

ii

RdT， E R(T2 T1) 22

对外做功

dW pdV dE，W CV,m(T2 T1)或W

1

(pV pV) 11122

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过程方程

pV 常量，p 1T 常量，V 1T 常量

能量转化特点：系统对外做功以减少系统自身的内能来实现。 4 卡诺循环

工质只与两个温度为T1和T2的恒温热源交换能量的卡诺热机进行的循环过程，卡诺循环的效率为：

1

T2T1 T2

T1T1

5 热力学第二定律

（1）开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热量来作功而不放出热量给其它物体，或者说不使外界发生任何变化。

（2）克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体自动向高温物体传递而不引起外界的变化。 6 卡诺定理

（1）在相同的高温热源和低温热源之间工作的任意工质的可逆机，它们的效率都相等； （2）工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于工作在同样两热源之间的可逆机的效率。 7 玻尔兹曼熵公式

熵S描述的是系统 …… 此处隐藏：12347字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……