工程熱力學(xué)課后思考題答案__第四版_沈維道_童鈞耕主編_高等教育出版社

1、30頁(yè)思考題1閉口系與外界無(wú)物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定，那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎？不一定，穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也保持恒定。2有人認(rèn)為開(kāi)口系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開(kāi)口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對(duì)不對(duì)，為什么？不對(duì)，絕熱系的絕熱是指熱能單獨(dú)通過(guò)系統(tǒng)邊界進(jìn)行傳遞（傳熱量），隨物質(zhì)進(jìn)出的熱能（準(zhǔn)確地說(shuō)是熱力學(xué)能）不在其中。4倘使容器中氣體的壓力沒(méi)有改變，試問(wèn)安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)改變嗎？絕對(duì)壓力計(jì)算公式p2=pg2+p1pbpg2pg1p1=pg1+pb4題圖p=pb+pg (p> pb), p= pb -pv (p< pb)中，當(dāng)?shù)?/p>

2、大氣壓是否必定是環(huán)境大氣壓？當(dāng)?shù)卮髿鈮簆b改變，壓力表讀數(shù)就會(huì)改變。當(dāng)?shù)卮髿鈮簆b不一定是環(huán)境大氣壓。6經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么？為什么？不同測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫結(jié)果有較大的誤差，因?yàn)闇y(cè)溫結(jié)果依賴于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)。7促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？舉例說(shuō)明。有勢(shì)差（溫度差、壓力差、濃度差、電位差等等）存在。9題圖a b冷水冷水熱水傳熱傳熱熱水電流9家用電熱水器是利用電加熱水的家用設(shè)備，通常其表面散熱可忽略。取正在使用的家用電熱水器為控制體（但不包括電加熱器），這是什么系統(tǒng)？把電加熱器包括在研究對(duì)象內(nèi)，這是什么系統(tǒng)？什么情況下能構(gòu)成孤立系統(tǒng)？不包括電加熱器為開(kāi)口（不絕熱）系統(tǒng)（a圖）。包括電加熱器則為開(kāi)口絕

3、熱系統(tǒng)（b圖）。將能量傳遞和質(zhì)量傳遞（冷水源、熱水匯、熱源、電源等）全部包括在內(nèi)，構(gòu)成孤立系統(tǒng)?；蛘哒f(shuō)，孤立系統(tǒng)把所有發(fā)生相互作用的部分均包括在內(nèi)。pv1 a b 212圖1-22中容器為剛性絕熱容器，分成兩部分，一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板，（1）突然抽去隔板，氣體（系統(tǒng)）是否作功？（2）設(shè)真空部分裝有許多隔板，逐個(gè)抽去隔板，每抽一塊板讓氣體先恢復(fù)平衡在抽下一塊，則又如何？（3）上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過(guò)程是否都可在p-v圖上表示？56頁(yè)思考題隔板 A B圖2-12 自由膨脹4一剛性容器，中間用絕熱隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如圖2-12所示。若將隔板

4、抽去，分析容器中空氣的熱力學(xué)能將如何變化？若在隔板上有一小孔，氣體泄漏入B中，分析A、B兩部分壓力相同時(shí)A、B兩部分氣體熱力學(xué)能如何變化？q=Duwq=0，Du為負(fù)值（u減少），轉(zhuǎn)化為氣體的動(dòng)能，動(dòng)能在B中經(jīng)內(nèi)部摩擦耗散為熱能被氣體重新吸收，熱力學(xué)能增加，最終Du =0。5 熱力學(xué)第一定律的能量方程式是否可寫(xiě)成下列形式？為什么？q=Du+pvq2-q1=(u2-u1)+(w2-w1)不可以。w不可能等于pv，w是過(guò)程量，pv則是狀態(tài)參數(shù)。q和w都是過(guò)程量，所以不會(huì)有q2-q1和w2-w1。8焓是工質(zhì)流入（或流出）開(kāi)口系時(shí)傳遞入（或傳遞出）系統(tǒng)的總能量，那么閉口系工質(zhì)有沒(méi)有焓值？比較正規(guī)的答案是

5、，作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，閉口系工質(zhì)也有焓值，但是由于工質(zhì)不流動(dòng)，所以其焓值沒(méi)有什么意義。焓=熱力學(xué)能+占位能9氣體流入真空容器，是否需要推動(dòng)功？推動(dòng)功的定義為，工質(zhì)在流動(dòng)時(shí)，推動(dòng)它下游工質(zhì)時(shí)所作的功。下游無(wú)工質(zhì)，故不需要推動(dòng)功。利用開(kāi)口系統(tǒng)的一般能量方程式推導(dǎo)的最終結(jié)果也是如此。11為什么穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系內(nèi)不同部分工質(zhì)的比熱力學(xué)能、比焓、比熵等都會(huì)改變，而整個(gè)系統(tǒng)的DUCV=0、DHCV=0、DSCV=0?控制體的DUCV=0、DHCV=0、DSCV=0是指過(guò)程進(jìn)行時(shí)間前后的變化值，穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)在不同時(shí)間內(nèi)各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)都不發(fā)生變化，所以DUCV=0、DHCV=0、DSCV=0。穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系內(nèi)不

6、同部分工質(zhì)的比熱力學(xué)能、比焓、比熵等的改變僅僅是依坐標(biāo)的改變。13. 幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖2-13所示。工程上幾臺(tái)壓氣機(jī)同時(shí)向主氣道送氣以及混合式換熱器等都有合流的問(wèn)題。通常合流過(guò)程都是絕熱的。取1-1、2-2和3-3截面之間的空間為控制體積，qm1 1 p1, T1 3 1 qm3 p3, T3 2 3 qm2 p2, T2 2圖2-13 合流列出能量方程式并導(dǎo)出出口截面上焓值h3的計(jì)算式。進(jìn)入系統(tǒng)的能量離開(kāi)系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)貯存能量的變化系統(tǒng)貯存能量的變化：不變。進(jìn)入系統(tǒng)的能量：qm1帶入的和qm2帶入的。沒(méi)有熱量輸入。qm1（h1+cf12/2+gz1）+ qm2（h2+c

7、f22/2+gz2）離開(kāi)系統(tǒng)的能量：qm3帶出的，沒(méi)有機(jī)械能（軸功）輸出。qm3（h3+cf32/2+gz3）qm3 3 p3, T3 1 3 qm1 p1, T1 2 1 qm2 p2, T2 2圖2-14 分流如果合流前后流速變化不太大，且勢(shì)能變化一般可以忽略，則能量方程為：qm1×h1+ qm2×h2= qm3×h3出口截面上焓值h3的計(jì)算式h3= （qm1×h1+ qm2×h2）/ qm3本題中，如果流體反向流動(dòng)就是分流問(wèn)題，分流與合流問(wèn)題的能量方程式是一樣的，一般習(xí)慣前后反過(guò)來(lái)寫(xiě)。qm1×h1 = qm2×h2+

8、qm3×h393頁(yè)思考題。3摩爾氣體常數(shù)R值是否隨氣體的種類而不同或狀態(tài)不同而異？摩爾氣體常數(shù)R是基本物理常數(shù)，它與氣體的種類、狀態(tài)等均無(wú)關(guān)。4如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為pv=RgT，這種工質(zhì)的比熱容、熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？是的。7氣體有兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，u（或h）可以表示為p和v的函數(shù)，即u=f(p, v)。但又曾得出結(jié)論，理想氣體的熱力學(xué)能（或焓）只取決于溫度，這兩點(diǎn)是否矛盾？為什么？不矛盾。pv=RgT。熱力學(xué)能（或焓）與溫度已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，他們都可以表示為獨(dú)立參數(shù)p和v的函數(shù)。9氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及s0的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)？標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)10在圖3-15所示的T

9、s圖上任意可逆過(guò)程12的熱量如何表示？理想氣體1和2狀態(tài)間熱力學(xué)能變化量、焓變化量能否在圖上用面積表示？若12經(jīng)過(guò)的是不可逆過(guò)程又如何？T0s12p=0pv1 2U曲線1-2下的曲邊梯形面積就是任意可逆過(guò)程12的熱量。dQ=TdS沿過(guò)程的積分。Q=DU+W，所以DU=QW。不可逆過(guò)程傳熱量不能用曲邊梯形面積表達(dá)，但是熱力學(xué)能和焓還可以用原方式表達(dá)，因?yàn)闊崃W(xué)能和焓都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過(guò)程路徑無(wú)關(guān)。12熵的數(shù)學(xué)定義式為ds=dq/T，又dq=cdT，故ds=(cdT)/T。因理想氣體的比熱容是溫度的單值函數(shù)，所以理想氣體的熵也是溫度的單值函數(shù)，這一結(jié)論是否正確？若不正確，錯(cuò)在何處？不正確。錯(cuò)在

10、c不是狀態(tài)參數(shù)，與過(guò)程有關(guān)。是溫度單值函數(shù)的是定過(guò)程比熱。13試判斷下列各說(shuō)法是否正確：（1）氣體吸熱后熵一定增大；（2）氣體吸熱后溫度一定升高；（3）氣體吸熱后熱力學(xué)能一定增加；（4）氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功；（5）氣體壓縮時(shí)一定耗功。（1）正確；（2）不正確；（3）不正確；（4）正確；（5）正確。15水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是不是唯一確定的？三相點(diǎn)與臨界點(diǎn)有什么差異？水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是唯一確定的，這一點(diǎn)由吉布斯相律確認(rèn)：對(duì)于多元（如k個(gè)組元）多相（如f個(gè)相）無(wú)化學(xué)反應(yīng)的熱力系，其獨(dú)立參數(shù)，即自由度n = kf + 2。三相點(diǎn)：k =1，f = 3，故n = 0。三相點(diǎn)是三相共存點(diǎn)，在該點(diǎn)發(fā)生

11、的相變都具有相變潛熱。臨界點(diǎn)兩相歸一，差別消失，相變是連續(xù)相變，沒(méi)有相變潛熱。三相點(diǎn)各相保持各自的物性參數(shù)沒(méi)有巨大的變化，臨界點(diǎn)的物性參數(shù)會(huì)產(chǎn)生巨大的峰值變化。三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)是蒸汽壓曲線的兩個(gè)端點(diǎn)。三相點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)，臨界點(diǎn)不容易實(shí)現(xiàn)。17水在定壓汽化過(guò)程中，溫度保持不變，因此，根據(jù)q=Du+w，有人認(rèn)為過(guò)程中的熱量等于膨脹功，即q=w，對(duì)不對(duì)？為什么？不對(duì)。Du=cvDT是對(duì)單相理想氣體而言的。水既不是理想氣體，汽化又不是單相變化，所以q=w的結(jié)論是錯(cuò)的。133頁(yè)思考題2對(duì)于理想氣體的任何一種過(guò)程，下列兩組公式是否都適用？Du=cv(t2t1)，Dh=cp(t2t1)；q=Du=cv(t2t1)

12、，q=Dh=cp(t2t1)第一組都適用，第二組不適用。第二組第一式只適用于定容過(guò)程，第二式只適用于定壓過(guò)程。4過(guò)程熱量q和過(guò)程功w都是過(guò)程量，都和過(guò)程的途徑有關(guān)。由理想氣體可逆定溫過(guò)程熱量公式q=可知，只要狀態(tài)參數(shù)p1、v1和v2確定了，q的數(shù)值也確定了，是否可逆定溫過(guò)程的熱量q與途徑無(wú)關(guān)？“可逆定溫過(guò)程”已經(jīng)把途徑規(guī)定好了，此時(shí)談與途徑的關(guān)系沒(méi)有意義。再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍，過(guò)程熱量q和過(guò)程功w都是過(guò)程量，都和過(guò)程的途徑有關(guān)。7試判斷下列各種說(shuō)法是否正確？(1) 定容過(guò)程即無(wú)膨脹（或壓縮）功的過(guò)程；(2) 絕熱過(guò)程即定熵過(guò)程；7題圖(3) 多變過(guò)程即任意過(guò)程。答：(1) 定容過(guò)程即無(wú)膨脹（或壓縮）功的

13、過(guò)程； 正確。(2) 絕熱過(guò)程即定熵過(guò)程； 錯(cuò)誤，可逆絕熱過(guò)程是定熵過(guò)程，不可逆絕熱過(guò)程不是定熵過(guò)程。(3) 多變過(guò)程即任意過(guò)程。 錯(cuò)誤，右圖中的過(guò)程就不是多變過(guò)程。p b Tb Tc a cO v圖4-18題解p b a cO v圖4-189如圖4-18所示，今有兩個(gè)任意過(guò)程ab及ac，b點(diǎn)及c點(diǎn)在同一條絕熱線上，(1) 試問(wèn)Duab與Duac哪個(gè)大？(2) 若b點(diǎn)及c點(diǎn)在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？依題意，Tb>Tc，所以Duab>Duac。若b點(diǎn)及c點(diǎn)在同一條定溫線上，則Duab=Duac。11下列三式的使用條件是什么？p2v2k=p1v1k，T1v1k-1=T2v2k-1，

14、T1=T2使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過(guò)程。12Ts圖上如何表示絕熱過(guò)程的技術(shù)功wt和膨脹功w？p=0v=04-14 試以可逆絕熱過(guò)程為例，說(shuō)明水蒸氣的熱力過(guò)程與理想氣體的熱力過(guò)程的分析計(jì)算有什么異同？相同點(diǎn)：都是首先確定起始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)，然后在計(jì)算過(guò)程的作功量等數(shù)據(jù)。計(jì)算過(guò)程中，始終要符合熱力學(xué)第一定律。不同點(diǎn)：理想氣體的計(jì)算是依靠理想氣體狀態(tài)方程以及功和熱量的積分計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算，而水蒸氣是依靠查圖查表進(jìn)行計(jì)算。193頁(yè)思考題5-1熱力學(xué)第二定律能否表達(dá)為：“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能。”這種說(shuō)法有什么不妥當(dāng)？答：熱能不是不可能全部變成機(jī)械能，如定溫過(guò)程就可以。但

15、想要連續(xù)地將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能則是不可能的。5-2理想氣體進(jìn)行定溫膨脹時(shí)，可從單一恒溫?zé)嵩次氲臒崃?，將之全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?duì)外輸出，是否與熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文敘述有矛盾？提示：考慮氣體本身是否有變化。答：理想氣體進(jìn)行定溫膨脹時(shí)，壓力不斷降低，體積越來(lái)越大。當(dāng)壓力低到外界壓力時(shí)，就不能再繼續(xù)降低了，過(guò)程也就停止了。熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文敘述的內(nèi)容是：不可能制造出從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)（第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制造成功的。） 一方面壓力降低，體積增大就是變化；另一方面，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)要求連續(xù)工作，而定溫過(guò)程做不到。所以，這個(gè)過(guò)程與熱力學(xué)第二定律無(wú)矛盾。5-3自發(fā)過(guò)程是

16、不可逆過(guò)程，非自發(fā)過(guò)程必為可逆過(guò)程，這一說(shuō)法是否正確？答：錯(cuò)?！胺亲园l(fā)過(guò)程必為可逆過(guò)程。”的說(shuō)法完全錯(cuò)誤，非自發(fā)過(guò)程需付出代價(jià)（更強(qiáng)的自發(fā)過(guò)程）才能實(shí)現(xiàn)，可逆過(guò)程則是一種實(shí)際上不存在的理想過(guò)程，兩者之間沒(méi)有什么關(guān)系。5-4請(qǐng)給“不可逆過(guò)程”一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x。請(qǐng)歸納熱力過(guò)程中有哪幾種不可逆因素？答：各種不可逆因素總可以表示為將機(jī)械能耗散為熱能，例如溫差傳熱，卡諾說(shuō)：凡是有溫度差的地方都可以產(chǎn)生動(dòng)力。因此，溫差傳熱使得本可以作出的功沒(méi)有作出，這就相當(dāng)于將機(jī)械能耗散為熱能。凡是最終效果都可以歸結(jié)為使機(jī)械能耗散為熱能的過(guò)程都是不可逆過(guò)程。熱力過(guò)程中的不可逆因素有功熱轉(zhuǎn)換、有限溫差傳熱、自由膨脹、混合過(guò)程

17、、電阻等等。5-5 試證明熱力學(xué)第二定律的各種說(shuō)法的等效性：若克勞修斯說(shuō)法不成立，則開(kāi)爾文說(shuō)法也不成立。答：熱力學(xué)第二定律的各種說(shuō)法都是等效的，可以證明它們之間的等效性。Q1T1T2T2T1Q2Q2Q1QQ2WW0REE圖4-1 圖4-2如圖41所示，某循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)E自高溫?zé)嵩碩1吸熱Q1，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能W0，其余部分Q2=Q1W0排向低溫?zé)嵩碩2，如果可以違反克勞修斯說(shuō)法，即熱量Q2可以不花代價(jià)地自低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩?，如圖中虛線所示那樣，則總的結(jié)果為高溫?zé)嵩词崮?Q1Q2)，循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了相應(yīng)的機(jī)械能W0，而低溫?zé)嵩床o(wú)變化，相當(dāng)于一臺(tái)從單一熱源吸熱而作功的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。所以，

18、違反克勞修斯說(shuō)法必然違反開(kāi)爾文說(shuō)法，類似地，違反開(kāi)爾文說(shuō)法也必然違反克勞修斯說(shuō)法，兩種說(shuō)法完全等價(jià)（圖4-2）。5-6下列說(shuō)法是否有錯(cuò)誤：（1）循環(huán)凈功Wnet愈大則循環(huán)熱效率愈高；（2）不可逆循環(huán)熱效率一定小于可逆循環(huán)熱效率；（3）可逆循環(huán)熱效率都相等，。（1） 錯(cuò)。（2） 錯(cuò)。應(yīng)當(dāng)是在同樣的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g。否則沒(méi)有比較基礎(chǔ)。（3） 錯(cuò)。應(yīng)當(dāng)是在同樣的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g。否則沒(méi)有比較基礎(chǔ)。5-7循環(huán)熱效率公式：和是否完全相同？各適用于哪些場(chǎng)合？答：不同。前者適用于一般的循環(huán)（可逆和不可逆循環(huán)），后者僅適用于在兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g工作的可逆循環(huán)。（第三版5-8題）不違反。它是依賴于壓力

19、差作功的。5-8下述說(shuō)法是否正確：（1）熵增大的過(guò)程必定為吸熱過(guò)程；（2）熵減小的過(guò)程必為放熱過(guò)程；（3）定熵過(guò)程必為可逆絕熱過(guò)程；（4）熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程；（5）使系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程；（6）熵產(chǎn)Sg>0的過(guò)程必為不可逆過(guò)程。答：（1） 錯(cuò)。不可逆絕熱過(guò)程熵也會(huì)增大。（2） 錯(cuò)，不準(zhǔn)確。不可逆放熱過(guò)程，當(dāng)放熱引起的熵減大于不可逆引起的熵增時(shí)（亦即當(dāng)放熱量大于不可逆耗散所產(chǎn)生的熱量時(shí)），它也可以表現(xiàn)為熵略微減少，但沒(méi)有可逆放熱過(guò)程熵減少那么多。（3） 錯(cuò)。不可逆放熱過(guò)程，當(dāng)放熱引起的熵減等于不可逆引起的熵增時(shí)（亦即當(dāng)放熱量等于不可逆耗散所產(chǎn)生的熱量時(shí)），它也可以表現(xiàn)為熵

20、沒(méi)有發(fā)生變化。（4）錯(cuò)?？赡嫖鼰徇^(guò)程熵增大。（5）錯(cuò)。理由如上。可以說(shuō)：“使孤立系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程?！保?）對(duì)。5-9下述說(shuō)法是否有錯(cuò)誤：（1）不可逆過(guò)程的熵變DS無(wú)法計(jì)算；（2）如果從同一初始態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑，一為可逆，另一為不可逆，則DS不可逆>DS可逆，DSf，不可逆>DSf，可逆，DSg，不可逆>DSg，可逆；（3）不可逆絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵S2>S1，不可逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初態(tài)熵S2<S1;（4）工質(zhì)經(jīng)過(guò)不可逆循環(huán)，。答：（1）錯(cuò)。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要能夠確定起迄點(diǎn)，就可以確定熵變DS。（2）錯(cuò)。應(yīng)為DS不可逆=DS可逆、Sf，不可

21、逆<Sf，可逆、Sg，不可逆>Sg，可逆。因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)，同一初始狀態(tài)和同一終了狀態(tài)之間的熵差保持同一數(shù)值，與路徑無(wú)關(guān)。（3）錯(cuò)。不可逆絕熱壓縮過(guò)程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵，S2>S1。（4）錯(cuò)。，因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)。p b a c 0 v圖5345-10從點(diǎn)a開(kāi)始有兩個(gè)可逆過(guò)程：定容過(guò)程ab和定壓過(guò)程ac，b、c兩點(diǎn)在同一條絕熱線上（見(jiàn)圖534），問(wèn)qab和qac哪個(gè)大？并在Ts圖上表示過(guò)程ab和ac及qab和qac。答：可逆定容過(guò)程a-b和可逆定壓過(guò)程a-c的逆過(guò)程c-a以及可逆絕熱線即定熵線上過(guò)程b-c構(gòu)成一可逆循環(huán)，它們圍成的面積代表了對(duì)外作功量，過(guò)程a-b吸熱，過(guò)程c-

22、a放熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，必然有½qa-b½>½qc-a½，才能對(duì)外輸出凈功。也就是，qa-b>qa-c。sbsacTsba10題圖圖中，qa-b為absbsaa圍成的面積，qa-c為acsbsaa圍成的面積。5-12孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了（1）可逆過(guò)程；（2）不可逆過(guò)程，問(wèn)孤立系統(tǒng)的總能、總熵、總火用各如何變化？答：（1）孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了可逆過(guò)程后，總能、總熵、總火用都不變。（2）孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了不可逆過(guò)程后，總能不變，總熵、總火用都發(fā)生變化。5-14 下列命題是否正確？若正確，說(shuō)明理由；若錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。（1）成熟的蘋(píng)果從樹(shù)枝上掉下，通過(guò)與大氣

23、、地面的摩擦、碰撞，蘋(píng)果的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能， 勢(shì)能全部是火用，全部轉(zhuǎn)變?yōu)榛馃o(wú)。（2）在水壺中燒水，必有熱量散發(fā)到環(huán)境大氣中，這就是火無(wú)，而使水升溫的那部分稱之為火用。（3）一杯熱水含有一定的熱量火用，冷卻到環(huán)境溫度，這時(shí)的熱量就已沒(méi)有火用值。（4）系統(tǒng)的火用只能減少不能增加。（5）任一使系統(tǒng)火用增加的過(guò)程必然同時(shí)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)使火用減少的過(guò)程。 235頁(yè)思考題1. 實(shí)際氣體性質(zhì)與理想氣體性質(zhì)差異產(chǎn)生的原因是什么？在什么條件下才可以把實(shí)際氣體作理想氣體處理？答：差異產(chǎn)生的原因就是理想氣體忽略了分子體積與分子間作用力。當(dāng)p0時(shí)，實(shí)際氣體成為理想氣體。實(shí)際情況是當(dāng)實(shí)際氣體距離其液態(tài)較遠(yuǎn)時(shí)

24、，分子體積與分子間作用力的影響很小，可以把實(shí)際氣體當(dāng)作理想氣體處理。2. 范德瓦爾方程的精度不高，但是在實(shí)際氣體狀態(tài)方程的研究中范德瓦爾方程的地位卻很高，為什么？答：范德瓦爾方程是第一個(gè)實(shí)際氣體狀態(tài)方程，在各種實(shí)際氣體狀態(tài)方程中它的形式最簡(jiǎn)單；它較好地定性地描述了實(shí)際氣體的基本特征；其它半理論半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)方程都是沿范德瓦爾方程前進(jìn)的。答：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自于實(shí)際，而范德瓦爾臨界壓縮因子與實(shí)際的壓縮因子誤差較大，所以由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的接近于實(shí)際。3. 什么叫對(duì)應(yīng)態(tài)定律？為什么要引入對(duì)應(yīng)態(tài)定律？什么是對(duì)比參數(shù)？答：在相同的對(duì)比態(tài)壓力和對(duì)比態(tài)溫度下，不同氣體的對(duì)比態(tài)比體積必定相同。引入對(duì)應(yīng)態(tài)原理，可以使

25、我們?cè)谌狈υ敿?xì)資料的情況下，能借助某一資料充分的參考流體的熱力性質(zhì)來(lái)估算其它流體的性質(zhì)。某氣體狀態(tài)參數(shù)與其臨界參數(shù)的比值稱為熱力對(duì)比參數(shù)。（對(duì)比參數(shù)是一種無(wú)量綱參數(shù)）4. 自由能和自由焓的物理意義是什么？?jī)烧叩淖兓吭谑裁礂l件下會(huì)相等？答：H=G + TS，U=F + TS。dg =dhd(Ts) =dhTdssdT，簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)在可逆等溫等壓條件下，處于平衡狀態(tài)：dg =Tds，ds=0Þdg=0。若此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生不可逆變化（外部條件不變），則ds>0，Þdg<0。例如系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)熱能（都是熱力學(xué)能），必要條件是dg<0，否則

26、過(guò)程不能發(fā)生。類似地，簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)在等溫等容條件下，內(nèi)部發(fā)生變化的必要條件是：df<0。引申：系統(tǒng)的g、f沒(méi)有時(shí)，dg=0，df=0。內(nèi)部變化不再進(jìn)行。進(jìn)而可以認(rèn)為g、f是系統(tǒng)內(nèi)部變化的能力和標(biāo)志，所以分別稱為自由焓、自由能，相應(yīng)地，TS可稱為束縛能。與火用相比，吉布斯自由能和亥姆霍茲自由能不需要與環(huán)境狀態(tài)聯(lián)系，且是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。搞理論熱力學(xué)的人（物理學(xué)家們）根本不拿火用當(dāng)回事。兩者的變化量在什么條件下會(huì)相等？有什么意義呢？dgdf=d(hTs)d(uTs)=dhdu=0，對(duì)于理想氣體可逆等溫過(guò)程，兩者的變化量相等?；蛘撸篸hdu= d(pv)=05. 什么是特性函數(shù)？試說(shuō)明u=u(

27、s, p)是否是特性函數(shù)。答：某些狀態(tài)參數(shù)表示成特定的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)的函數(shù)時(shí)，只需一個(gè)狀態(tài)參數(shù)就可以確定系統(tǒng)的其它參數(shù)，這樣的函數(shù)就稱為特性函數(shù)。熱力學(xué)能函數(shù)僅在表示成熵及比體積的函數(shù)時(shí)才是特性函數(shù)，換成其它獨(dú)立參數(shù)，如u=u(s, p)，則不能由它全部確定其它平衡性質(zhì)，也就不是特性函數(shù)了。6. 試導(dǎo)出以T、p及p、v為獨(dú)立變量的du方程及以T、v及p、v為獨(dú)立變量的dh方程。7. 本章導(dǎo)出的關(guān)于熱力學(xué)能、焓、熵的一般關(guān)系式是否可用于不可逆過(guò)程？答：由于熱力學(xué)能、焓、熵都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過(guò)程無(wú)關(guān)，所以其結(jié)果也可以用于不可逆過(guò)程。263頁(yè)思考題2如何用連續(xù)性方程解釋日常生活的經(jīng)驗(yàn)：水的流通截面積增大，流速就降低？答： 在日常生活中，水可視為不可壓縮流體，其比體積不會(huì)發(fā)生變化，因而由上式有 Acf=常數(shù)，即截面積變化與速度變化成反比。6考慮摩擦損耗時(shí)，為什么修正出口截面上速度后還要修正溫度？答：如上。8如圖717所示，（a）為漸縮噴管，（b）為縮放噴管。設(shè)兩噴管工作背壓均為0.1MPa，進(jìn)口截面壓力均為1MPa，進(jìn)口流速cf1可忽略不計(jì)。若（1）兩噴管最小截面積相等，問(wèn)兩噴管的流量、出口截面流速和壓力是否相同？（2）假如沿截面2'2'切去一段，將產(chǎn)生哪些后果？出口截面上的壓力、流速和流量將起什么