公用設(shè)備工程師-專業(yè)基礎(chǔ)（暖通空調(diào)、動(dòng)力）-工程熱力學(xué)-1.3熱力學(xué)第一定律

公用設(shè)備工程師-專業(yè)基礎(chǔ)（暖通空調(diào)、動(dòng)力）-工程熱力學(xué)-1.3熱力學(xué)第一定律[單選題]1.壓氣機(jī)和動(dòng)力機(jī)的第一定律能量方程式都可寫為W1＝h1－h(huán)2，其過程及含義為()。[2017（江南博哥）年真題]A.過程和含義均相同B.過程相同、含義不相同C.過程不相同、含義相同D.過程和含義均不相同正確答案：C參考解析：壓氣機(jī)壓縮氣體的過程是外界對(duì)氣體做功的過程，而動(dòng)力機(jī)做功的過程則是氣體對(duì)外界做功的過程，兩者過程不相同；但是本質(zhì)上兩者都是說明工質(zhì)在絕熱過程中所做的技術(shù)功等于焓變，都遵循熱力學(xué)第一定律，含義相同。[單選題]2.由熱力學(xué)第一定律，開口系統(tǒng)能量方程為δq＝dh－δw，閉口系統(tǒng)能量方程為δq＝du－δw，經(jīng)過循環(huán)后，可得出相同結(jié)果形式∮δq＝∮δw正確的解釋是()。[2014年真題]A.兩系統(tǒng)熱力過程相同B.同樣熱量下可以做相同數(shù)量的功C.結(jié)果形式相同但內(nèi)涵不同D.除去q和w，其余參數(shù)含義相同正確答案：C參考解析：開口系統(tǒng)能量方程式為：δq＝dh＋δw。式中，δw為技術(shù)功；dh為焓值，dh＝d（u＋pv）。而閉口系統(tǒng)能量方程式為：δq＝du＋δw。式中，δw為膨脹功；du為熱力學(xué)能。由于焓h和熱力學(xué)能u均為狀態(tài)參數(shù)，只與初末參數(shù)有關(guān)，因此經(jīng)過循環(huán)后，dh＝0，du＝0，則兩式得出了相同的結(jié)果，但兩者內(nèi)涵不同，熱力過程也不同。[單選題]3.使用公式Q＝ΔU＋W計(jì)算系統(tǒng)與外界交換熱量和做功時(shí)，要求系統(tǒng)滿足下列哪個(gè)過程？()[2018年真題]A.任何過程B.可逆過程C.準(zhǔn)靜態(tài)過程D.邊界上無功耗散過程正確答案：A參考解析：熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式為：Q＝ΔU＋W。式中，Q和W分別表示閉口系統(tǒng)在與外界相互作用的過程中，通過邊界傳遞的熱量和功；ΔU為系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化量。熱力學(xué)第一定律適用于任何過程。[單選題]4.熱力學(xué)第一定律是關(guān)于熱能與其他形式的能量相互轉(zhuǎn)換的定律，適用于()。[2011年真題]A.一切工質(zhì)和一切熱力過程B.量子級(jí)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)過程C.工質(zhì)的可逆或準(zhǔn)靜態(tài)過程D.熱機(jī)循環(huán)的一切過程正確答案：A參考解析：熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)換與守恒定律在熱力學(xué)上的應(yīng)用，其表述為：熱量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，也可以與機(jī)械能或其他能量相互轉(zhuǎn)換；但在轉(zhuǎn)換的過程中，能量的總值保持不變。因此，熱力學(xué)第一定律適用于一切工質(zhì)和一切熱力過程。[單選題]5.內(nèi)能是儲(chǔ)存于系統(tǒng)物質(zhì)內(nèi)部的能量，有多種形式，下列()不屬于內(nèi)能。[2010年真題]A.分子熱運(yùn)動(dòng)能B.在重力場(chǎng)中的高度勢(shì)能C.分子相互作用勢(shì)能D.原子核內(nèi)部原子能正確答案：B參考解析：系統(tǒng)物質(zhì)的能量包括宏觀機(jī)械能和微觀機(jī)械能。內(nèi)能屬于物質(zhì)微觀能量，包括分子動(dòng)能、分子勢(shì)能、化學(xué)能和核內(nèi)原子能；外部宏觀機(jī)械能包括物質(zhì)的宏觀動(dòng)能和宏觀勢(shì)能。B項(xiàng)，重力場(chǎng)的高度勢(shì)能為宏觀勢(shì)能，屬于外部能而不屬于內(nèi)能。[單選題]6.熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的唯一途徑是通過工質(zhì)的體積膨脹，此種功稱為容積功，它可分為()。[2007年真題]A.膨脹功和壓縮功B.技術(shù)功和流動(dòng)功C.軸功和流動(dòng)功D.膨脹功和流動(dòng)功正確答案：A參考解析：容積功是指熱力系統(tǒng)通過體積變化所完成的與外界進(jìn)行能量交換的一種功，膨脹功和壓縮功統(tǒng)稱為容積功。流動(dòng)功是指推動(dòng)下游流體流動(dòng)所做的功，是維持流體正常流動(dòng)所必須傳遞的能量。軸功為開口系統(tǒng)與外界間通過進(jìn)、出界面以外的邊界（一般為機(jī)器軸）所傳遞的功。動(dòng)能與位能和軸功一樣都是可以利用的機(jī)械能，合并稱為技術(shù)功。[單選題]7.系統(tǒng)的儲(chǔ)存能E的表達(dá)式()。[2017年真題]A.E＝U＋PVB.E＝U＋PV＋Ek＋EpC.E＝U＋Ek＋EPD.E＝U＋H＋Ek＋Ep正確答案：C參考解析：系統(tǒng)的儲(chǔ)存能是內(nèi)部?jī)?chǔ)存能和外部?jī)?chǔ)存能的總和。內(nèi)部?jī)?chǔ)存能是指熱力學(xué)能U，外部?jī)?chǔ)存能包括宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能Ek和位能Ep，則E＝U＋Ek＋Ep。[單選題]8.系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能包括內(nèi)儲(chǔ)存能和外儲(chǔ)存能，其中外儲(chǔ)存能是指()。[2008年真題]A.宏觀動(dòng)能＋重力位能B.宏觀動(dòng)能＋流動(dòng)功C.宏觀動(dòng)能＋容積功D.容積功＋流動(dòng)功正確答案：A參考解析：系統(tǒng)具有的總能量稱系統(tǒng)儲(chǔ)存能，用E表示。系統(tǒng)儲(chǔ)存能可分為內(nèi)部?jī)?chǔ)存能與外部?jī)?chǔ)存能兩部分。系統(tǒng)內(nèi)部由于分子、原子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)所具有的能量為內(nèi)部?jī)?chǔ)存能，又稱熱力學(xué)能U。系統(tǒng)整體宏觀運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek和重力位能Ep為外部?jī)?chǔ)存能。[單選題]9.工質(zhì)進(jìn)行1—2過程，做功50kJ/kg和吸熱15kJ/kg；如恢復(fù)初態(tài)時(shí)，吸熱50kJ/kg，則做功()。[2018年真題]A.5kJ/kgB.15kJ/kgC.30kJ/kgD.45kJ/kg正確答案：B參考解析：由題意可得，當(dāng)工質(zhì)進(jìn)行1—2過程，吸熱Q1＝15kJ/kg，做功W1＝50kJ/kg，代入公式Q1＝ΔU1＋W1，解得：ΔU1＝－35kJ/kg。由于熱力學(xué)能U為狀態(tài)參數(shù)，則當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)初態(tài)時(shí)，ΔU1＋ΔU2＝0，解得：ΔU2＝－ΔU1＝35kJ/kg。工質(zhì)吸熱Q2＝50kJ/kg，代入公式Q2＝ΔU2＋W2，則做功W2＝Q2－ΔU2＝15kJ/kg。[單選題]10.系統(tǒng)經(jīng)一熱力過程，放熱9kJ，對(duì)外做功27kJ。為使其返回原狀態(tài)，若對(duì)系統(tǒng)加熱6kJ，需對(duì)系統(tǒng)做功()kJ。[2007年真題]A.42B.27C.30D.12正確答案：C參考解析：熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為：Q＝ΔU＋W。由題意可得，熱量Q1＝－9kJ，做功W1＝27kJ，則內(nèi)能變化ΔU1＝Q1－W1＝－9－27＝－36kJ。內(nèi)能為狀態(tài)參數(shù)，僅與初末狀態(tài)有關(guān)，為使其返回原狀態(tài)，則內(nèi)能總變化為0，逆過程需滿足ΔU2＝－ΔU1＝36kJ。當(dāng)對(duì)系統(tǒng)加熱6kJ即Q2＝6kJ時(shí)，則做功W2＝Q2－ΔU2＝6－36＝－30kJ。符號(hào)為負(fù)號(hào)，說明外界對(duì)系統(tǒng)做功30kJ。[單選題]11.某理想氣體吸收3349kJ的熱量而作定壓變化。設(shè)定容比熱容為0.741kJ/（kg·K），氣體常數(shù)為0.297kJ/（kg·K），此過程中氣體對(duì)外界做容積功()kJ。[2008年真題]A.858B.900C.245D.958正確答案：D參考解析：已知理想氣體的定容比熱容cv，由邁耶公式cp－cv＝Rg可以求得定壓比熱容cp＝Rg＋cv＝0.297＋0.741＝1.038kJ/（kg·K）。由于該過程為定壓過程，技術(shù)功wt＝－vdp＝0，因此熱量q＝Δh＋wt＝Δh＝cp（T2－T1），溫度變化ΔT＝T2－T1＝q/cp＝3349/1.038＝3226.4K，則此過程對(duì)外界做的容積功為：w＝q－Δu＝q－cv（T2－T1）＝3349－0.741×3226.4＝958.2kJ。計(jì)算結(jié)果與D項(xiàng)最接近，因此答案選擇D。[單選題]12.某閉口系統(tǒng)吸熱100kJ，膨脹做功30kJ，同時(shí)由摩擦而耗功15kJ為系統(tǒng)內(nèi)吸收，則該系統(tǒng)的內(nèi)能變化為()。[2013年真題]A.85kJB.70kJC.55kJD.45kJ正確答案：A參考解析：閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律，表達(dá)式為：Q＝ΔU＋W。Q和W分別表示一閉口系統(tǒng)在與外界相互作用的過程中，通過邊界傳遞的熱量和功；ΔU為系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化量。本題中，熱量Q＝100kJ，做功W＝30－15＝15kJ，則該系統(tǒng)的內(nèi)能為：ΔU＝Q－W＝100－15＝85kJ。[單選題]13.氣體在某一過程中放出熱量100kJ，對(duì)外界做功50kJ，其內(nèi)能變化量是()kJ。[2009年真題]A.－150B.150C.50D.－50正確答案：A參考解析：熱力學(xué)第一定律的公式為：Q＝ΔU＋W，式中：Q、W和ΔU符號(hào)的規(guī)定分別為工質(zhì)吸熱為正，放熱為負(fù)；工質(zhì)對(duì)外做功為正，外界對(duì)工質(zhì)做功為負(fù)；系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加為正，反之為負(fù)。由題意可得，熱量Q＝－100kJ，對(duì)外界做功W＝50kJ，系統(tǒng)內(nèi)能的變化量ΔU＝Q－W＝－100－50＝－150kJ。[單選題]14.有一流體以3m/s的速度通過7.62cm直徑的管路進(jìn)入動(dòng)力機(jī)，進(jìn)口處的焓為2558.6kJ/kg，內(nèi)能為2326kJ/kg，壓力為P1＝689.48kPa，而在動(dòng)力機(jī)出口處的焓為1395.6kJ/kg。若過程為絕熱過程，忽略流體動(dòng)能和重力位能的變化，該動(dòng)力機(jī)所發(fā)出的功率是()kW。[2005年真題]A.4.65B.46.5C.1163D.233正確答案：B參考解析：比焓h與內(nèi)能u的關(guān)系式為：h＝u＋pv。則進(jìn)口處的比體積的計(jì)算公式為：v1＝（h1－u1）/p＝（2558.6－2326）/689.48＝0.337m3/kg。進(jìn)口處的質(zhì)量流量m的計(jì)算公式為：m＝V/v1＝（vπd2/4）/v1＝（3×3.14×0.07622/4）/0.337＝0.04kg/s。由于該過程為絕熱過程，且忽略流體動(dòng)能和重力位能的變化，則單位質(zhì)量流體經(jīng)過動(dòng)力機(jī)所做的功w＝h1－h(huán)2＝2558.6－1395.6＝1163kJ/kg。因此，該動(dòng)力機(jī)所發(fā)出的功率為：W＝mw＝0.04×1163＝46.5kW。[單選題]15.某物質(zhì)的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，且遵守關(guān)系式：U＝125＋0.125tkJ，此物質(zhì)的溫度由100℃升高到200℃。溫度每變化1℃所做的功δw/δt＝0.460kJ/℃，此過程中該物質(zhì)與外界傳遞的熱量是()kJ。[2006年真題]A.57.5B.58.5C.50.5D.59.5正確答案：B參考解析：熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于控制質(zhì)量時(shí)的表達(dá)式為：Q＝ΔU＋W。則在該過程中內(nèi)能的變化ΔU＝U2－U1＝（12.5＋0.125t2）－（12.5＋0.125t1）＝0.125×（t2－t1）＝0.125×（200－100）＝12.5kJ。該過程中功的變化為：則該物質(zhì)與外界傳遞的熱量為：Q＝ΔU＋W＝12.5＋46＝58.5kJ。[單選題]16.開口系統(tǒng)能量方程δq＝dh＋δwt，下列δwt等式中不正確的是()。[2019年真題]A.δwt＝－vdpB.δwt＝δws－vdpC.δwt＝δq－dhD.δwt＝δws＋dep＋dek正確答案：B參考解析：ABD三項(xiàng)，技術(shù)功wt為動(dòng)能ek與位能ep和軸功ws的合稱，則δwt＝δws＋dep＋dek＝－vdp。C項(xiàng)，開口系統(tǒng)能量方程δq＝dh＋δwt，則δwt＝δq－dh。[單選題]17.技術(shù)功δwt＝δws＋δep＋δek＝－vdp適用條件為()。[2016年真題]A.閉口系統(tǒng)可逆過程B.穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流開口系統(tǒng)可逆過程C.非穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流開口系統(tǒng)可逆過程D.動(dòng)能和勢(shì)能為零時(shí)的閉口系統(tǒng)正確答案：B參考解析：存在過程方程和不存在任何耗散效應(yīng)是可逆過程充要條件，開口系統(tǒng)是與外界之間存在物質(zhì)傳遞的系統(tǒng)，閉口系統(tǒng)是與外界之間沒有物質(zhì)傳遞的系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)流動(dòng)指控制容積內(nèi)任一點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)和流速都不隨時(shí)間而變化。熱力過程中可被直接利用來做功的能量，統(tǒng)稱為技術(shù)功。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流開口系統(tǒng)中，軸功ws指通過控制容積邊界的功，δws＝δw－δ（pv）－δep－δek；技術(shù)功wt為軸功ws、動(dòng)能ek和位能ep之和，即δwt＝δws＋δep＋δek。當(dāng)該過程為可逆過程或準(zhǔn)靜態(tài)過程，δwt＝－vdp。因此δwt＝δws＋δep＋δek＝－vdp，適用條件為穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流開口系統(tǒng)可逆過程。[單選題]18.熱力學(xué)第一定律單個(gè)入口和單個(gè)出口系統(tǒng)表達(dá)式δq＝dh－vdρ使用的條件為()。[2013年真題]A.穩(wěn)定流動(dòng)，微元，可逆過程B.穩(wěn)定流動(dòng)，微元，準(zhǔn)靜態(tài)過程C.理想氣體，微元，可逆過程D.不計(jì)動(dòng)能和勢(shì)能，微元，可逆過程正確答案：A參考解析：焓是工質(zhì)流經(jīng)開口系統(tǒng)中的能量總和，在閉口系統(tǒng)中焓沒有實(shí)際意義。穩(wěn)定流動(dòng)指控制容積內(nèi)任一點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)和流速都不隨時(shí)間而變化。h為比焓，q為單位工質(zhì)獲得的熱量，v為比容，該系統(tǒng)表達(dá)式δq＝dh－vdp均為微元，進(jìn)出質(zhì)量相等，而且沒有與時(shí)間有關(guān)的量，因此是穩(wěn)定流動(dòng)。熱力學(xué)第一定律在開口系統(tǒng)中的表達(dá)式為：δq＝dh＋δwt。其中，可逆過程的技術(shù)功δwt＝－vdp。因此δq＝dh－vdp使用條件為穩(wěn)定流動(dòng)，微元，可逆過程。[單選題]19.在正向循環(huán)中，輸入熱能Q1，經(jīng)過熱機(jī)轉(zhuǎn)化成功W，同時(shí)向環(huán)境釋放熱能Q2，功能關(guān)系滿足()。[2019年真題]A.W＜Q1；Q2＞0B.W＜Q1；Q2＝0C.W＞Q1－Q2D.W＜Q1；四周維持恒定的一個(gè)溫度數(shù)值正確答案：A參考解析：正向循環(huán)中，工質(zhì)吸熱Q1，放熱Q2，做功W＝Q1－Q2。因此，功W＜Q1，Q1＞Q2＞0。由于向環(huán)境釋放熱量Q2，因此四周的溫度會(huì)上升。[單選題]20.對(duì)于熱泵循環(huán)，輸入功W，可以在高溫環(huán)境放出熱量Q1，在低溫環(huán)境得到熱量Q2，下列關(guān)系中不可能存在的是()。[2012年真題]A.Q2＝WB.Q1＞W(wǎng)＞Q2C.Q1＞Q2＞W(wǎng)D.Q2＞Q1＞W(wǎng)正確答案：D參考解析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，熱泵循環(huán)向高溫環(huán)境放出的熱量Q1等于輸入的功W和在低溫環(huán)境得到的熱量Q2之和，即Q1＝W＋Q2。由于輸入功W＞0，故不可能存在Q2＞Q1。[單選題]21.下列有關(guān)熱力學(xué)第一定律的解讀中，()是不正確的。A.系統(tǒng)具有的熱力學(xué)能屬于熱能，因此，工質(zhì)系統(tǒng)可以只依靠本身的熱力學(xué)能不斷做功B.在孤立系統(tǒng)中，能量的總量保持不變C.第一類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的D.熱機(jī)的熱效率不可能大于1正確答案：A參考解析：熱力學(xué)第一定律可以表述為“機(jī)械能可以變?yōu)闊崮?，熱能也可以變?yōu)闄C(jī)械能，在轉(zhuǎn)換中能量總數(shù)不變”，又表述為“第一類永動(dòng)機(jī)是造不成的”或“熱機(jī)的效率不可能大于1”。當(dāng)考察熱能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的過程時(shí)，如果把系統(tǒng)與外界合在一起看作孤立系統(tǒng)，熱力學(xué)第一定律又可以表述為“在孤立系統(tǒng)內(nèi)，能量的總量保持不變”。因此，第一類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)，工質(zhì)系統(tǒng)不能只依靠本身的熱力學(xué)能不斷做功，需要消耗機(jī)械能，熱機(jī)的效率永遠(yuǎn)小于1。[單選題]22.下列關(guān)于內(nèi)能的表述不正確的是()。A.內(nèi)能是指儲(chǔ)存于系統(tǒng)內(nèi)部的能量B.內(nèi)能的變化與過程路徑無關(guān)C.內(nèi)能包括內(nèi)動(dòng)能、內(nèi)位能和維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能等D.工質(zhì)經(jīng)循環(huán)變化后，內(nèi)能的變化不一定為零正確答案：D參考解析：熱力學(xué)能（內(nèi)能）為狀態(tài)量，是指儲(chǔ)存于系統(tǒng)內(nèi)部的能量，內(nèi)能的變化與路徑無關(guān)，狀態(tài)參數(shù)經(jīng)一個(gè)循環(huán)后變化量為零，內(nèi)能為狀態(tài)參數(shù)，則工質(zhì)經(jīng)循環(huán)變化后，內(nèi)能的變化一定為零，即。[單選題]23.熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式寫成δq＝cvdt＋pdv的形式的適用條件為()。A.閉口系統(tǒng)、可逆過程B.理想氣體、穩(wěn)定流動(dòng)開口系統(tǒng)C.理想氣體、閉口系統(tǒng)、可逆過程D.理想氣體、閉口系統(tǒng)正確答案：C參考解析：對(duì)于閉口系統(tǒng)，熱力學(xué)第一定律微元表達(dá)式為：δq＝du＋δw；對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)開口系統(tǒng)，熱力學(xué)第一定律微元表達(dá)式為：δq＝dh＋δwt；對(duì)于理想氣體，熱力學(xué)第一定律微元表達(dá)式為：du＝cvdt或dh＝cpdt；對(duì)可逆過程，熱力學(xué)第一定律微元表達(dá)式為：δw＝pdv或δwt＝－vdp。則δq＝cvdt＋pdv的適用條件為理想氣體、閉口系統(tǒng)、可逆過程。[單選題]24.氣體在某一過程中吸入了100kJ的熱量，同時(shí)內(nèi)能增加了150kJ，該過程是()。A.膨脹過程B.壓縮過程C.定容過程D.均不是正確答案：B參考解析：熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式為：Q＝ΔU＋W。該過程中，熱量Q＝100kJ，內(nèi)能ΔU＝150kJ，則膨脹功W＝Q－ΔU＝100－150＝－50kJ＜0，負(fù)號(hào)說明此過程外界對(duì)氣體做功，為壓縮過程。[單選題]25.有一閉口系統(tǒng)沿過程a從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，又從狀態(tài)2沿另一過程b回到狀態(tài)1。如果已知系統(tǒng)在1－a－2過程中向外界吸收熱量10kJ，外界在2－b－1過程中對(duì)系統(tǒng)做壓縮功8kJ而系統(tǒng)向外界放熱9kJ，那么，系統(tǒng)在1－a－2過程中對(duì)外界做功為()。A.8kJB.11kJC.9kJD.6kJ正確答案：C參考解析：熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式為：Q＝ΔU＋W。由題意可得，2－b－1過程中，做功W2b1＝－8kJ，熱量Q2b1＝－9kJ，則熱力學(xué)能