清華大學(xué)工程熱力學(xué)思考題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——清華大學(xué)工程熱力學(xué)思考題答案第一章思考題參考答案

1．進(jìn)行任何熱力分析是否都要選取熱力系統(tǒng)？

答：是。熱力分析首先應(yīng)明確研究對象，根據(jù)所研究的問題人為地劃定一個(gè)或多個(gè)任意幾何面所圍成的空間，目的是確定空間內(nèi)物質(zhì)的總和。2．引入熱力平衡態(tài)解決了熱力分析中的什么問題？答：若系統(tǒng)處于熱力平衡狀態(tài)，對于整個(gè)系統(tǒng)就可以用一組統(tǒng)一的并具有確定數(shù)值的狀態(tài)參數(shù)來描述其狀態(tài)，使得熱力分析大為簡化。

3．平衡態(tài)與穩(wěn)定態(tài)的聯(lián)系與區(qū)別。不受外界影響的系統(tǒng)穩(wěn)定態(tài)是否是平衡態(tài)？

答：平衡態(tài)和穩(wěn)定態(tài)具有一致的外在表現(xiàn)，即系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化；兩者的區(qū)別在于平衡態(tài)的本質(zhì)是不平衡勢差為零，而穩(wěn)定態(tài)允許不平衡勢差的存在，如穩(wěn)定導(dǎo)熱。可見，平衡必穩(wěn)定；反之，穩(wěn)定未必平衡。

根據(jù)平衡態(tài)的定義，不受外界影響的系統(tǒng)，其穩(wěn)定態(tài)就是平衡態(tài)。

在不受外界影響（重力場除外）的條件下，假使系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)所處的狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。

4．表壓力或真空度為什么不能當(dāng)作工質(zhì)的壓力？工質(zhì)的壓力不變化，測量它的壓力表或真空表的讀數(shù)是否會變化？

答：由于表壓力和真空度都是相對壓力，而只有絕對壓力才是工質(zhì)的壓力。表壓力pg與真空度pv與絕對壓力的關(guān)系為：

p?pb?pg

p?pb?pv

其中pb為測量當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Α?/p>

工質(zhì)的壓力不變化，相當(dāng)于絕對壓力不變化，但隨著各地的緯度、高度和氣候條件的不同，測量當(dāng)?shù)氐拇髿鈮褐狄矔煌８鶕?jù)上面兩個(gè)關(guān)系式可以看出，雖然絕對壓力不變化，但由于測量地點(diǎn)的大氣壓值不同，當(dāng)?shù)販y量的壓力表或真空表的讀數(shù)也會不同。

5．準(zhǔn)靜態(tài)過程如何處理“平衡狀態(tài)〞又有“狀態(tài)變化〞的矛盾？答：準(zhǔn)靜態(tài)過程是指系統(tǒng)狀態(tài)改變的不平衡勢差無限小，以致于該系統(tǒng)在任意時(shí)刻均無限接近于某個(gè)平衡態(tài)。準(zhǔn)靜態(tài)過程允許系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，但是要求狀態(tài)變化的每一步，系統(tǒng)都要處在平衡狀態(tài)。

6．準(zhǔn)靜態(tài)過程的概念為什么不能完全表達(dá)可逆過程的概念？

答：可逆過程的充分必要條件為：1、過程進(jìn)行中，系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)與外界之間不存在不平衡勢差，或過程應(yīng)為準(zhǔn)靜態(tài)的；2、過程中不存在耗散效應(yīng)。即“無耗散〞的準(zhǔn)靜態(tài)過程才是可逆過程，因此準(zhǔn)靜態(tài)過程的概念不能完全表達(dá)可逆過程的概念。7．有人說，不可逆過程是無法恢復(fù)到起始狀態(tài)的過程，這種說法對嗎？答：不對。系統(tǒng)經(jīng)歷不可逆過程后是可以恢復(fù)到起始狀態(tài)的，只不過系統(tǒng)恢復(fù)到起始狀態(tài)后，外界卻無法同時(shí)恢復(fù)到起始狀態(tài)，即外界的狀態(tài)必將發(fā)生變化。

8.w??pdv,q??Tds可以用于不可逆過程么？為什么？

?pdv計(jì)算得到的是準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功，因此僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程或可逆過

?qrevT答：w?程；對于非準(zhǔn)靜態(tài)過程，其過程曲線無法在P-V圖上表達(dá)，因此也就無法用上面的公式進(jìn)行計(jì)算。

q??Tds僅用于可逆過程：根據(jù)熵的定義式：ds?，對于可逆過程，q?Tds計(jì)算

?出的是傳熱量，此時(shí)ds僅表示熵流dsf；對于不可逆過程，熵的變化不僅包括熵流，還包括熵產(chǎn)，即ds?dsg?dsf，因此q?Tds中的ds不僅包括由于傳熱產(chǎn)生的熵流，還包括由于不可逆導(dǎo)致的熵產(chǎn)，因此上式不適用于不可逆過程，例如絕熱過程，系統(tǒng)由于經(jīng)歷了不可逆過程，熵增ds?0，但此時(shí)傳熱量為零。

?其次章思考題參考答案

1．工質(zhì)膨脹時(shí)是否必需對工質(zhì)加熱？工質(zhì)邊膨脹邊放熱可能否？工質(zhì)邊被壓縮邊吸入熱

量可以否？工質(zhì)吸熱后內(nèi)能一定增加？對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，有否可能？答：由閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律關(guān)系式：

Q??U?W

規(guī)定吸熱Q?0，對外做功W?0。

(1)不一定；工質(zhì)膨脹對外做功，W?0，由于可以使?U?0，因此可能出現(xiàn)Q?0，即對外放熱；

(2)能，如(1)中所示；

(3)能；工質(zhì)被壓縮，對內(nèi)做功，W?0，由于可以使?U?0，因此可能出現(xiàn)Q?0，即

吸入熱量；

(4)不一定；工質(zhì)吸熱，Q?0，由于可以使W?0，即工質(zhì)對外做功，因此可能出現(xiàn)

?U?0，即工質(zhì)內(nèi)能減?。?/p>

(5)可能；對工質(zhì)加熱，Q?0，由于可以使W?0，即工質(zhì)對外做功數(shù)，因此對于理想氣體來說溫度可能降低。

2．一絕熱剛體容器，用隔板分成兩個(gè)部分，左邊貯有高壓氣體，右邊為真空。抽去隔板

時(shí)，氣體馬上充滿整個(gè)容器。問工質(zhì)內(nèi)能、溫度將如何變化？如該剛體容器為絕對導(dǎo)熱的，則工質(zhì)內(nèi)能、溫度又如何變化？答：對于絕熱剛體容器，以高壓氣體為對象：容器絕熱：Q?0；且右邊為真空，高壓氣體沒有對外做功對象，即自由膨脹，有W?0。由閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律：Q??U?W，工質(zhì)的內(nèi)能不發(fā)生變化，假使工質(zhì)為理想氣體，那么其溫度也不發(fā)生變化。

假使該剛體容器為絕對導(dǎo)熱，那么初始狀態(tài)下容器內(nèi)工質(zhì)與外界環(huán)境等溫，而自由膨脹過程終了時(shí)容器內(nèi)工質(zhì)仍舊與外界環(huán)境等溫。當(dāng)外界環(huán)境溫度不發(fā)生變化時(shí)，容器內(nèi)工質(zhì)溫度在整個(gè)自由膨脹過程中溫度不變。仍取工質(zhì)為研究對象，由于工質(zhì)與外界有熱交換，這里工質(zhì)溫度高于環(huán)境溫度，即對外放熱，Q?0，且自由膨脹W?0，由閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律，有?U?0。該工質(zhì)一定為非理想氣體，其勢能變小。

3．圖2-9中，過程1-2與過程1-a-2有一致的初、終點(diǎn)，試比較：

W12與W1a2，?U12與?U1a2，Q12與Q1a2

答：根據(jù)圖2-9，由于是p-v圖，因此有：0〈W12〈W1a2（對外做功）；?U12=?U1a2；由閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律，Q??U?W，有0〈Q12〈Q1a2（吸熱）。

4

4．推進(jìn)功與過程有無關(guān)系？

答：推進(jìn)功是因工質(zhì)出、入開口系統(tǒng)而傳遞的功。推進(jìn)功是工質(zhì)在滾動中向前方傳遞的功，并且只有在工質(zhì)的滾動過程中才出現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)出口處工質(zhì)狀態(tài)為（質(zhì)流出系統(tǒng)，系統(tǒng)所需要做出的推進(jìn)功為

pout，vout）時(shí)，1kg工

pout?vout。推進(jìn)功的大小僅與選取出口處的壓力

和比容數(shù)值的乘積有關(guān)，因此是狀態(tài)參數(shù)，且為廣延參數(shù)。

5．你認(rèn)為“任何沒有體積變化的過程就一定不對外做功〞的說法是否正確？

答：錯(cuò)誤。體積變化僅產(chǎn)生容積變化功。除了容積變化功外，還有電功、推進(jìn)功等等，這些功不需要體積發(fā)生變化。

6．說明下述說法是否正確：

（1）氣體膨脹時(shí)一定對外做功。（2）氣體壓縮時(shí)一定消耗外功。答：對“功〞的理解，功可以分為有用功和無用功，有用功是指有目的且產(chǎn)生有用效果的功。（1）氣體膨脹時(shí)不一定對外做功，如氣體的自由膨脹，由于氣體沒有做功對象，因此氣體對外做功為零；（2）不一定。當(dāng)熱氣體冷卻時(shí)，假使外界大氣做的功為有用功，則（２）成立，但是假使外界大氣做的功為無用功，則（２）不成立。7．以下各式是否正確：

?q?du??w

（１）（２）（３）

?q?du?pdv

?q?du?d(pv)

各式的適用條件是什么？

答：三個(gè)式子都針對1kg工質(zhì)。（１）式是針對閉口系的能量方程，且忽略閉口系的位能和

?w為閉口系統(tǒng)與外界交換的凈功。動能變化，（2）式是針對簡單可壓縮系統(tǒng)準(zhǔn)靜態(tài)過程（或

可逆過程）的能量方程，

（3）式是針對技術(shù)功為零pdv為系統(tǒng)與外界交換的容積變化功。

的穩(wěn)定滾動能量方程，即?q?dh?du?d(pv)，且?wt

8．試寫出表2-1內(nèi)所列四種過程的各種功計(jì)算式。

過程種類液體的滾動過程（v?0。

w0??pv??wtp?v0wt?v?pq??u?p?v0?const）氣體的定壓滾動過程（p?const）p?const，v?const）q??u0液體的定壓滾動過程（5

低壓氣體的定溫滾動過程（pv?const）q0q注：低壓氣體可以認(rèn)為是理想氣體，且內(nèi)能僅為溫度的單值函數(shù)。計(jì)算依據(jù)：（1）q??u?w（2）q??h?wt（3）

?h??u???pv?

（４）w???pv??wt

空氣經(jīng)過絕熱節(jié)流過程，壓力確實(shí)下降，但溫度不變：由于絕熱節(jié)流過程為一個(gè)等焓過程，而空氣可視為理想氣體，理想氣體的焓為溫度的單值函數(shù)，因此溫度不變。但對于非理想氣體和一般液體，經(jīng)過絕熱節(jié)流過程，雖然焓不變，但溫度和壓力都要發(fā)生變化，壓力減小，但溫度可能升高、不變或者降低。

6

第三章思考題參考答案

1．容積為1m的容器中充滿氮?dú)釴2，其溫度為20℃，表壓力為1000mmHg,為了確定其質(zhì)

量，不同人分別采用了以下幾種計(jì)算式得出了結(jié)果，請判斷它們是否正確？若有錯(cuò)誤請改正。答：(1)

3

m?p?V?M1000?1.0?28??168.4kg

Rm?T8.3143?20錯(cuò)誤：1)不應(yīng)直接用表壓計(jì)算，應(yīng)先轉(zhuǎn)化為絕對壓力；2)壓力應(yīng)轉(zhuǎn)換為以Pa為單位，

3

1mmHg=133.3Pa；3)Rm應(yīng)當(dāng)用8314J/kmol*K,由于Pa*m=J；4)溫度的單位應(yīng)當(dāng)用K。

(2)

1000?0.980665?105?1.0?28p?V?M735.6m???1531.5kg

Rm?T8.3143?20錯(cuò)誤：1)不應(yīng)直接用表壓計(jì)算，應(yīng)先轉(zhuǎn)化為絕對壓力；2)Rm應(yīng)當(dāng)用8314J/kmol*K,因3

為Pa*m=J

(3)

?1000??1?0.980665?105?1.0?28??p?V?M?735.6?m???2658kg

Rm?T8.3143?202

錯(cuò)誤：1)1at=1kgf/cm=9.80665E04Pa≠1atm,因此這里計(jì)算絕對壓力時(shí)，大氣壓力取

3

錯(cuò);2)Rm應(yīng)當(dāng)用8314J/kmol*K,由于Pa*m=J；

(4)

?1000??1???1.0?28p?V?M735.6?m????2.658?10?3kg

Rm?T1.0332?82.057?293.15錯(cuò)誤：1)相對壓力單位為工程大氣壓（at），與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）不同；2）氣體常數(shù)

Rm應(yīng)當(dāng)用8314J/kmol*K。正確結(jié)果：2.695kg

2．理想氣體的cp與cv之差及cp與cv之比是否在任何溫度下都等于一個(gè)常數(shù)？

答：根據(jù)定壓比熱容和定容比熱容的定義，以及理想氣體狀態(tài)方程可以推導(dǎo)出，?？梢?，兩者之差為常數(shù)。cp?cv?R（見課本79頁）

同時(shí)，定義k?cpcv

對于理想氣體，當(dāng)不考慮分子內(nèi)部的振動時(shí)，內(nèi)能與溫度成線性關(guān)系，從而根據(jù)摩爾定

壓和定溫?zé)崛莸亩x，推導(dǎo)出摩爾定壓和定溫?zé)崛菥鶠槎ㄖ?。但尋常只有在溫度不太高，溫度范圍比較窄，且計(jì)算精度要求不高的狀況下，或者為了分析問題便利，才將摩爾熱容近似看作定值。實(shí)際上理想氣體熱容并非定值，而是溫度的單值函數(shù)，因此兩者之比在較寬的溫度范圍內(nèi)是隨溫度變化的，不是一個(gè)常數(shù)。

3．知道兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)可確定氣體的狀態(tài)。例如已知壓力和比容就可確定內(nèi)能和焓。但理

9

想氣體的內(nèi)能和焓只決定于溫度，與壓力，比容無關(guān)，前后有否矛盾，如何理解？答：不矛盾。

理想氣體內(nèi)能和焓只決定于溫度，這是由于理想氣體本身假設(shè)決定的。對于理想氣體模型，假設(shè)其分子之間沒有相互作用力，也就不存在分子之間的內(nèi)位能。再結(jié)合理想氣體方程，則有：

??u????0??v?T??h?

?0??p???T因此，理想氣體的內(nèi)能和焓只決定于溫度，而與壓力、比容無關(guān)。4．熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫成：

q??u?w（1）

21q?cv?T??pdv（2）

兩者有何不同。

答：(1)式為閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律方程，是普適式；

(2)式適用的范圍為：

1)對象理想氣體，內(nèi)能為溫度的單質(zhì)函數(shù)；2)系統(tǒng)經(jīng)歷準(zhǔn)靜態(tài)過程，只做容積變化功。5．假使比熱容c是溫度t的單調(diào)遞增函數(shù)，當(dāng)2t?t1時(shí)，平均比熱容c0、c0、ctt1t2t21中哪一個(gè)最大？哪一個(gè)最??？

答：由于比熱容c是溫度t的單調(diào)遞增函數(shù)，且由平均比熱容的定義：

t21ct

由作圖法可以明白地看出，

??t1t2?h

?t2?t1t2?t1t1cpdtc0最小，ctt21最大。

6．假使某種工質(zhì)的狀態(tài)方程遵循

pv?RT，這種物質(zhì)的比熱容一定是常數(shù)嗎？這種

物質(zhì)的比熱容僅僅是溫度的函數(shù)么？

答：這種物質(zhì)的比熱不一定是常數(shù)，至少應(yīng)當(dāng)是溫度的函數(shù)。對于理想氣體，僅僅對于定壓和定容過程的比熱容才是溫度的單值函數(shù)，且為狀態(tài)量。而這里所指的比熱容并不是在以上特定過程下的比熱容，因此僅可以表示成為：c??q。可見，這里所指的比熱容是由兩個(gè)

dT參數(shù)決定的，且是與過程有關(guān)的量。

7．理想氣體的內(nèi)能和焓為零的起點(diǎn)是以它的壓力值、還是以它的溫度值、還是壓力和溫

度一起來規(guī)定的？

答：由于理想氣體的內(nèi)能和焓僅為溫度的單值函數(shù)，與壓力無關(guān)，因此理想氣體的內(nèi)能和焓為零的起點(diǎn)是以它的溫度值（熱力學(xué)溫度值）來規(guī)定的。

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8．若已知空氣的平均摩爾定壓熱容公式為

在確定

Cp,mt0?6.949?0.000576t，現(xiàn)

，但有人認(rèn)為

80℃--200℃之間的平均摩爾定壓熱容，有人認(rèn)為

Cp,m22080?6.949?0.000576??220?80?C220p,m80?220?80??6.949?0.000576???，你認(rèn)為哪個(gè)正確？

2??t2t1答：第一個(gè)是正確的。由平均摩爾定壓熱容的定義：

cp??t2t1cpdttt2?t1p,m0??ht2?t1當(dāng)：Ct2t1?a?bt

在平均

Cp,m?Cp,m?t2?Cp,m?t100t2t1t2?t1a?bt2?*t2??a?bt1?*t1??t2?t1?a?b?t2?t1?摩爾定壓熱容的表達(dá)式形式比較特別的狀況下，可以得到一些十分簡便的求解過程。9．有人從熵和熱量的定義式ds??qrev(1)，?qTrev?cdT(2)，以及理想氣體比

熱容c是溫度的單值函數(shù)等條件出發(fā)，導(dǎo)得ds?cdT?f?T?，于是他認(rèn)為理想T氣體的熵應(yīng)是溫度的單值函數(shù)。判斷是否正確？為什么？答：是不正確的。

由于得到結(jié)論的條件中有錯(cuò)誤，理想氣體的比熱容不是溫度的單值函數(shù)。對于理想氣體，只有定容和定壓比熱容才是溫度的單值函數(shù)。同時(shí)，

?qrev?cdT的表述有問題，由于

c??q，因此cdT得到的不僅是可逆過程的換熱量，而是任意過程的換熱量。因此將

dT(2)代入(1)中是不正確的。10．在u-v圖上畫出定比熱容理想氣體的可逆定容加熱過程，可逆定壓加熱過程，可逆定

溫加熱過程和可逆絕熱膨脹過程。答：

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uVP1TSv11．試求在定壓過程中加給空氣的熱量有多少是利用來作功的？有多少是來改變內(nèi)能？答：由熱一率Q??U??pdv??H??vdp，對定壓過程，技術(shù)功為零，則

Q??H?cp?T，可得?U?cv?T?cvQ，W?Q??Ucp12．將滿足以下要求的多邊過程表示在p-v圖和T-s圖上（工質(zhì)為空氣）：（１）工質(zhì)又升壓、又升溫，又放熱；（２）工質(zhì)又膨脹、又降溫，又放熱；

（３）n=1.6的膨脹過程，判斷q,w,?u的正負(fù)；（４）n=1.3的壓縮過程，判斷q,w,?u的正負(fù)；答：

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Ts1.3VPATs

13．對于定溫壓縮的壓縮機(jī)，是否需要采用多級壓縮？問什么？

答：對于定溫壓縮的壓縮機(jī)，不需要采用多級壓縮了。由于采用多級壓縮，就是為了改善絕熱或多邊壓縮過程，使其盡量趨緊與定溫壓縮，一方面減少功耗，另一方面降低壓縮終了氣體的溫度。

對于定溫壓縮來說，壓氣機(jī)的耗功最省，壓縮終了的氣體溫度最低。14．在T-s圖上，如何將理想氣體任意兩狀態(tài)間的內(nèi)能變化和焓的變化表示出來。答：

13

TVPATB21CDEs解題思路：T-s圖中簡單直接表示的是熱（量），因此應(yīng)考慮將其他量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)過程熱量的值。

根據(jù)熱力學(xué)第一定律：?Q?dU??W，且對理想氣體，?W?pdv，則對定容過程，

?Q?dU。在T-s圖中，過狀態(tài)點(diǎn)1作一定容線，與狀態(tài)2的定溫線交與A，則定容過程

1A下的面積即為qv??u1A，對理想氣體內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，即?u1A??u12。因此任意兩狀態(tài)間的內(nèi)能變化可用T-s圖中定容過程1A下的面積表示。

同理，任意兩狀態(tài)間的內(nèi)能變化可用T-s圖中定壓過程1B下的面積表示。15．有人認(rèn)為理想氣體組成的閉口系統(tǒng)吸熱后，溫度必定增加，你的看法如何？在這種情

況下，你認(rèn)為那一種狀態(tài)參數(shù)必定增加？答：根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程，Q??U?W,系統(tǒng)吸熱，在保持內(nèi)能不變的狀況下，系

統(tǒng)可以對外做功。對于理想氣體，內(nèi)能僅為溫度的單值函數(shù)，因此在這種狀況下溫度不變。當(dāng)系統(tǒng)吸熱時(shí)，甚至溫度可以降低，分析方法同前。

在這種狀況下，系統(tǒng)的熵必定增加。由于有熱量傳入系統(tǒng)，就意味著熵流大于零，即使對于可逆過程，熵產(chǎn)為零，系統(tǒng)的熵也會增大。

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第四章思考題參考答案

1．

若將熱力學(xué)其次定律表述為“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮埽鵁崮懿豢赡苋孔優(yōu)闄C(jī)械能〞，有何不妥？

答：有兩點(diǎn)不妥：

1)熱能是可以全部變?yōu)闄C(jī)械能的，例如理想氣體的等溫過程；但應(yīng)當(dāng)注意的是，熱能不可能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；

2)沒有提到熱能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化過程是否對產(chǎn)生了其它影響，不是說熱不能完全變成功，而是在“不引起其它變化〞的條件下，熱不能完全變成功。例如理想氣體等溫過程，引起了“其它變化〞，即氣體的體積變大。2．“循環(huán)功越大，則熱效率越高〞；“可逆循環(huán)熱效率都相等〞；“不可逆循環(huán)效率一

定小于可逆循環(huán)效率〞。這些結(jié)論是否正確？為什么？

答：1)描述不確鑿，只有從溫度一致的恒溫?zé)嵩粗形恢聼崃康臓顩r下，才可以比較熱效率大小。假使?jié)M足前提條件，則循環(huán)功越大，熱效率越高。

2)描述不確鑿，只有工作在具有一致溫度的兩個(gè)高、低溫恒溫?zé)嵩撮g的可逆熱機(jī)，其循環(huán)熱效率才相等。

3)描述不確鑿，只有工作在具有一致溫度的兩個(gè)高、低溫恒溫?zé)嵩撮g的可逆或不可逆熱機(jī)才可以比較循環(huán)效率，否則將失去可比性。3．循環(huán)熱效率公式

q1?q2q2?1??t?q1q1T1?T2T2?1?(2)有何區(qū)別？各(1)和?t?T1T1適用什么場合？

答：（1）和（2）都是用于計(jì)算卡諾熱機(jī)效率的公式，區(qū)別在于適用范圍不同：

式（1）適用于計(jì)算一般熱機(jī)的效率;

式（2）僅適用于計(jì)算卡諾可逆熱機(jī)的效率。

4．理想氣體定溫膨脹過程中吸收的熱量可以全部轉(zhuǎn)換為功，這是否違反熱力學(xué)其次定

律？為什么？

答：理想氣體定溫膨脹過程中吸收的熱量可以全部轉(zhuǎn)換為功，這個(gè)過程不違反熱力學(xué)其次定律。由于在上述過程中，氣體的體積變大，也就是說這個(gè)熱量全部轉(zhuǎn)換為功的過程引起了其它變化，所以不違反熱力學(xué)其次定律。同時(shí)，理想氣體定溫膨脹過程僅僅是一個(gè)單獨(dú)的過程，而不是一個(gè)循環(huán)，這就意味著這個(gè)過程不能連續(xù)不斷地將熱量全部轉(zhuǎn)換為功，因此從這個(gè)角度來講上述過程也不違反熱力學(xué)其次定律。5．下述說法是否正確，為什么？

(1)熵增大的過程為不可逆過程；

答：錯(cuò)誤，熵增可能有兩種可能：熵流和熵產(chǎn)。對于可逆過程，雖然熵產(chǎn)為零，但假使有吸熱過程，則熵流大于零，導(dǎo)致熵增。

(2)不可逆過程

?S無法計(jì)算；

答：錯(cuò)誤。熵為狀態(tài)參數(shù)，只要知道不可逆過程前后足夠的狀態(tài)參數(shù)，就可以計(jì)算出過程的

?S。

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(3)若從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆兩條途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不可逆途徑的于可逆過程途徑的

?S必大

?S；

答：錯(cuò)誤。由于熵為狀態(tài)參數(shù)，由于可逆過程和不可逆過程的初、終態(tài)一致，因此兩個(gè)過程的

?S一致。

(4)工質(zhì)經(jīng)不可逆循環(huán)，

?S?0；

?S?0。

答：由于熵是狀態(tài)參數(shù)，工質(zhì)經(jīng)不可逆循環(huán)，從初態(tài)又回到初態(tài)，因此

(5)工質(zhì)經(jīng)不可逆循環(huán)，由于

??T?Qr?0，所以??dS?0；

，且有

答：錯(cuò)誤。對于工質(zhì)經(jīng)不可逆循環(huán)，

dS??QTr?S???dS?0????QTr。

(6)可逆絕熱過程為定熵過程，定熵過程就是可逆絕熱過程；

答：可逆絕熱過程為定熵過程，但定熵過程不一定是可逆絕熱過程。例如：對于任意一個(gè)循環(huán)，其

?S?0，但是這個(gè)循環(huán)可能包含不可逆過程。

(7)

自然界的過程都是朝著熵增大的方向進(jìn)行，因此熵減小過程是不可能實(shí)現(xiàn)的。

答：錯(cuò)誤。自然界中所有的自發(fā)過程都是朝著熵增大的方向進(jìn)行的，例如熱量從高溫傳向低溫。熵減小的過程在人為作用下是可以實(shí)現(xiàn)的，例如人為地對系統(tǒng)輸入有用功，例如制冷循環(huán)，輸入電功使得熱量從低溫傳向高溫的過程。

(8)加熱過程，熵一定增大；放熱過程，熵一定減小。

答：熵的變化可以由兩個(gè)因素導(dǎo)致：傳熱過程導(dǎo)致的熵流和不可逆過程導(dǎo)致的熵產(chǎn)。分可逆和不可逆兩個(gè)過程考慮：

1)可逆：對于加熱過程，熵產(chǎn)為零，但由于系統(tǒng)吸熱，熵流大于零，因此熵一定增大；對于放熱過程，雖然系統(tǒng)放熱，熵流為負(fù)，

2）不可逆過程：由于熵產(chǎn)大于零，因此不能確定熵一定減小。6．若工質(zhì)從同一初態(tài)經(jīng)歷可逆過程和不可逆過程，若熱源條件一致且兩過程中吸熱量

一致，工質(zhì)終態(tài)熵是否一致？

答：工質(zhì)終態(tài)熵不一致。雖然兩個(gè)過程熱源條件一致且過程中吸熱量一致，即熵流一致，但是由于不可逆過程的熵產(chǎn)要大于可逆過程的熵產(chǎn)（可逆過程熵產(chǎn)為零），且工質(zhì)初態(tài)一致，即兩個(gè)過程工質(zhì)初始的熵值一致，因此不可逆過程工質(zhì)終態(tài)的熵要大于可逆過程終態(tài)的熵。7．若工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)可逆絕熱過程與不可逆絕熱過程到達(dá)一致的終壓，

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兩過程終態(tài)熵如何？

答：從T-S圖上可以看出，從同一初態(tài)出發(fā)，達(dá)到一致的終壓（注意僅為一致終壓，不是一致狀態(tài)）：

1)對于可逆絕熱過程，熵增為零，

2)對于