工程熱力學(xué)知識考點梳理題

工程熱力學(xué)知識考點梳理題姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.熱力學(xué)第一定律表述為：

A.熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體

B.能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失

C.熱量總是從高溫物體流向低溫物體

D.熱量和功的量值相等，但性質(zhì)不同

答案：B

解題思路：熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用，表述為能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。

2.熱力學(xué)第二定律表述為：

A.熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體

B.熱機的效率可以達到100%

C.熱量不能自發(fā)地從低溫物體流向高溫物體

D.熱量可以自動地從高溫物體傳遞到低溫物體

答案：C

解題思路：熱力學(xué)第二定律闡述了熱傳遞的不可逆性，即熱量不能自發(fā)地從低溫物體流向高溫物體，除非借助外力。

3.焓的定義為：

A.系統(tǒng)內(nèi)能和體積的乘積

B.系統(tǒng)內(nèi)能和壓力的乘積

C.系統(tǒng)內(nèi)能和溫度的乘積

D.系統(tǒng)內(nèi)能和焓值的乘積

答案：B

解題思路：焓（H）是一個熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)，其定義為系統(tǒng)內(nèi)能（U）加上系統(tǒng)體積（V）和壓力（P）的乘積，即H=UPV。

4.比熱容的定義為：

A.單位質(zhì)量物質(zhì)升高1K所需吸收的熱量

B.單位體積物質(zhì)升高1K所需吸收的熱量

C.單位熱量使物質(zhì)升高1K所需的質(zhì)量

D.單位體積熱量使物質(zhì)升高1K所需的質(zhì)量

答案：A

解題思路：比熱容是指單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高1K所需吸收的熱量，是熱力學(xué)中描述物質(zhì)熱性質(zhì)的重要參數(shù)。

5.熱力學(xué)第三定律表述為：

A.系統(tǒng)的熵在等溫等壓過程中達到最大值

B.系統(tǒng)的熵在絕熱過程中保持不變

C.系統(tǒng)的熵在等溫等壓過程中保持不變

D.系統(tǒng)的熵在絕熱過程中達到最大值

答案：A

解題思路：熱力學(xué)第三定律指出，當(dāng)溫度接近絕對零度時，完美晶體的熵趨于零，而在等溫等壓過程中，系統(tǒng)的熵趨于最大值。

6.熱力學(xué)勢的定義為：

A.系統(tǒng)內(nèi)能和焓的差值

B.系統(tǒng)內(nèi)能和溫度的差值

C.系統(tǒng)內(nèi)能和壓力的差值

D.系統(tǒng)內(nèi)能和比熱容的差值

答案：A

解題思路：熱力學(xué)勢是系統(tǒng)的一種狀態(tài)函數(shù)，常用吉布斯自由能（G）表示，定義為系統(tǒng)內(nèi)能（U）與焓（H）之差，即G=UH。

7.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述為：

A.熱量不可能從低溫物體流向高溫物體

B.熱量可以從低溫物體流向高溫物體

C.熱機不可能將熱量完全轉(zhuǎn)化為功

D.熱機不可能將熱源和冷源的溫差完全轉(zhuǎn)化為功

答案：A

解題思路：克勞修斯表述為熱力學(xué)第二定律的一種表述形式，指出熱量不能自發(fā)地從低溫物體流向高溫物體。

8.熱力學(xué)勢能的定義為：

A.系統(tǒng)內(nèi)能和焓的差值

B.系統(tǒng)內(nèi)能和溫度的差值

C.系統(tǒng)內(nèi)能和壓力的差值

D.系統(tǒng)內(nèi)能和比熱容的差值

答案：A

解題思路：熱力學(xué)勢能是系統(tǒng)內(nèi)能和焓的差值，常用吉布斯自由能（G）表示，是判斷系統(tǒng)進行自發(fā)過程的依據(jù)。二、填空題1.熱力學(xué)第一定律表達式為：ΔU=QW，其中ΔU表示系統(tǒng)的內(nèi)能變化，Q表示系統(tǒng)吸收的熱量，W表示系統(tǒng)對外做的功。

2.焓的定義為：H=UpV，其中H表示系統(tǒng)的焓，U表示系統(tǒng)的內(nèi)能，p表示系統(tǒng)的壓強，V表示系統(tǒng)的體積。

3.熱力學(xué)第二定律的熵增原理表達式為：ΔS≥0，其中ΔS表示系統(tǒng)的熵變化。

4.熱力學(xué)第三定律表述為：當(dāng)溫度趨近于絕對零度時，系統(tǒng)的熵趨于常數(shù)。

5.比熱容的定義為：單位質(zhì)量物質(zhì)升高1K所需吸收的熱量，單位為J/(kg·K)。

答案及解題思路：

1.答案：系統(tǒng)的內(nèi)能變化，系統(tǒng)吸收的熱量，系統(tǒng)對外做的功。

解題思路：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU表示系統(tǒng)的內(nèi)能變化，Q表示系統(tǒng)吸收的熱量，W表示系統(tǒng)對外做的功。

2.答案：系統(tǒng)的焓，系統(tǒng)的內(nèi)能，系統(tǒng)的壓強，系統(tǒng)的體積。

解題思路：焓的定義式H=UpV，直接代入各個符號的意義。

3.答案：系統(tǒng)的熵變化。

解題思路：根據(jù)熱力學(xué)第二定律的熵增原理，ΔS表示系統(tǒng)的熵變化，且熵的變化應(yīng)大于等于零。

4.答案：趨于常數(shù)。

解題思路：熱力學(xué)第三定律表明，當(dāng)溫度趨近于絕對零度時，系統(tǒng)的熵將趨于一個常數(shù)，表示為絕對零度時系統(tǒng)的熵為零。

5.答案：J/(kg·K)。

解題思路：比熱容定義為單位質(zhì)量物質(zhì)升高1K所需吸收的熱量，其單位為焦耳每千克每開爾文（J/(kg·K)）。三、判斷題1.熱力學(xué)第一定律表明，能量守恒定律在熱力學(xué)過程中同樣適用。（√）

解題思路：熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)系統(tǒng)中的具體表現(xiàn)形式。它指出，能量不能被創(chuàng)造或消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)。因此，在熱力學(xué)過程中，能量守恒定律是適用的。

2.焓的增加等于系統(tǒng)吸收的熱量加上對外做的功。（×）

解題思路：根據(jù)焓的定義，焓的增加（ΔH）等于系統(tǒng)吸收的熱量（Q）減去對外做的功（W）。因此，題目中的表述是錯誤的，正確的表達式應(yīng)為ΔH=QW。

3.熵增加的過程是自發(fā)的過程。（×）

解題思路：熵的增加（ΔS）并不一定意味著過程是自發(fā)的。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，一個過程是否自發(fā)取決于熵的總變化（包括系統(tǒng)和周圍環(huán)境的熵變化）。當(dāng)系統(tǒng)的熵增加且周圍環(huán)境的熵也增加，總的熵增加時，過程才是自發(fā)的。

4.熱力學(xué)第二定律表明，熱量不能自發(fā)地從低溫物體流向高溫物體。（√）

解題思路：熱力學(xué)第二定律的一個表述是克勞修斯表述，它指出熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。這是熱力學(xué)過程中自然方向的一個基本準則。

5.在等溫過程中，系統(tǒng)的內(nèi)能不變。（√）

解題思路：在等溫過程中，系統(tǒng)的溫度保持不變。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，內(nèi)能的變化僅與溫度有關(guān)。因此，在等溫過程中，系統(tǒng)的內(nèi)能保持不變。四、簡答題1.簡述熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容和意義。

熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)系統(tǒng)中的體現(xiàn)。其內(nèi)容可以表述為：在一個封閉的熱力學(xué)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于系統(tǒng)與外界交換的熱量與外界對系統(tǒng)所做的功的和。數(shù)學(xué)表達式為ΔU=QW，其中ΔU是系統(tǒng)內(nèi)能的變化，Q是系統(tǒng)吸收的熱量，W是外界對系統(tǒng)所做的功。熱力學(xué)第一定律的意義在于它揭示了能量在熱力學(xué)過程中的守恒規(guī)律，為熱力學(xué)分析提供了基本依據(jù)。

2.簡述焓的定義和特性。

焓（H）是熱力學(xué)中的一個狀態(tài)函數(shù)，定義為系統(tǒng)內(nèi)能（U）與體積（V）和壓強（P）的乘積之和。其數(shù)學(xué)表達式為H=UPV。焓的特性包括：

焓是狀態(tài)函數(shù)，只與系統(tǒng)的初始和最終狀態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。

焓的增加表示系統(tǒng)吸收了熱量或者對系統(tǒng)做了功。

在恒壓過程中，焓的變化等于系統(tǒng)吸收的熱量。

3.簡述熵的定義和特性。

熵（S）是熱力學(xué)中的一個狀態(tài)函數(shù)，用來描述系統(tǒng)的無序程度。其數(shù)學(xué)表達式為dS=δQ/T，其中δQ是系統(tǒng)吸收的熱量，T是絕對溫度。熵的特性包括：

熵是狀態(tài)函數(shù)，只與系統(tǒng)的初始和最終狀態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。

熵的增加表示系統(tǒng)的無序程度增加。

在可逆過程中，系統(tǒng)的熵變等于吸收的熱量除以絕對溫度。

4.簡述熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和熵增原理。

熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述為：不可能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化。熵增原理表明，在一個孤立系統(tǒng)中，熵總是趨向于增加，即孤立系統(tǒng)的熵不會減少。

5.簡述熱力學(xué)第三定律的內(nèi)容和意義。

熱力學(xué)第三定律指出，當(dāng)溫度接近絕對零度時，任何純凈物質(zhì)的熵趨于零。其意義在于它為低溫?zé)崃W(xué)提供了基礎(chǔ)，并且表明在絕對零度時，系統(tǒng)的無序程度為零。

答案及解題思路：

1.答案：熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容是能量守恒定律在熱力學(xué)系統(tǒng)中的體現(xiàn)，意義在于揭示了能量在熱力學(xué)過程中的守恒規(guī)律。

解題思路：首先明確熱力學(xué)第一定律的定義，然后闡述其數(shù)學(xué)表達式，最后說明其意義。

2.答案：焓是系統(tǒng)內(nèi)能、體積和壓強的乘積之和，特性包括狀態(tài)函數(shù)性、焓變等于系統(tǒng)吸收的熱量等。

解題思路：首先給出焓的定義，然后列舉其特性，包括狀態(tài)函數(shù)性、焓變與熱量的關(guān)系等。

3.答案：熵是描述系統(tǒng)無序程度的物理量，特性包括狀態(tài)函數(shù)性、熵增表示無序程度增加等。

解題思路：首先給出熵的定義，然后闡述其特性，包括狀態(tài)函數(shù)性、熵增與無序程度的關(guān)系等。

4.答案：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述為熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，熵增原理表明孤立系統(tǒng)的熵總是趨向于增加。

解題思路：首先給出熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，然后闡述熵增原理，包括孤立系統(tǒng)的熵變化趨勢。

5.答案：熱力學(xué)第三定律指出，當(dāng)溫度接近絕對零度時，任何純凈物質(zhì)的熵趨于零，意義在于為低溫?zé)崃W(xué)提供基礎(chǔ)。

解題思路：首先給出熱力學(xué)第三定律的內(nèi)容，然后闡述其意義，包括低溫?zé)崃W(xué)的基礎(chǔ)作用。五、計算題1.已知某物體的質(zhì)量為2kg，比熱容為0.8kJ/(kg·K)，溫度從20℃升高到80℃，計算物體吸收的熱量。

解答：

物體吸收的熱量\(Q\)可以通過以下公式計算：

\[Q=mc\DeltaT\]

其中，\(m\)是物體的質(zhì)量，\(c\)是物體的比熱容，\(\DeltaT\)是溫度變化。

代入已知值：

\[Q=2\text{kg}\times0.8\text{kJ/(kg·K)}\times(80^\circ\text{C}20^\circ\text{C})\]

\[Q=2\times0.8\times60\text{kJ}\]

\[Q=96\text{kJ}\]

所以，物體吸收的熱量為96kJ。

2.已知某熱機的效率為30%，熱源溫度為300K，冷源溫度為100K，計算熱機從熱源吸收的熱量。

解答：

熱機的效率\(\eta\)定義為：

\[\eta=\frac{W}{Q_H}\]

其中，\(W\)是熱機做的功，\(Q_H\)是從熱源吸收的熱量。

由效率公式可以得出：

\[Q_H=\frac{W}{\eta}\]

熱機做的功\(W\)是從熱源和冷源之間的溫度差決定的，但具體做功值未知，所以我們直接使用熱量轉(zhuǎn)換公式：

\[\eta=1\frac{T_C}{T_H}\]

其中，\(T_C\)是冷源溫度，\(T_H\)是熱源溫度。

代入已知值：

\[0.3=1\frac{100\text{K}}{300\text{K}}\]

\[Q_H=\frac{1}{1\frac{100}{300}}\timesQ_C\]

\[Q_H=\frac{300}{200}\timesQ_C\]

由于沒有具體的熱量值\(Q_C\)，我們無法直接計算出\(Q_H\)，但可以知道它和\(Q_C\)的關(guān)系是\(Q_H=1.5\timesQ_C\)。

3.已知某系統(tǒng)的初始內(nèi)能為200J，末態(tài)內(nèi)能為400J，系統(tǒng)對外做功為100J，計算系統(tǒng)吸收的熱量。

解答：

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于吸收的熱量加上系統(tǒng)對外做的功：

\[\DeltaU=QW\]

其中，\(\DeltaU\)是系統(tǒng)內(nèi)能的變化，\(Q\)是系統(tǒng)吸收的熱量，\(W\)是系統(tǒng)對外做的功。

已知初始內(nèi)能為200J，末態(tài)內(nèi)能為400J，系統(tǒng)對外做功為100J，代入公式得：

\[400\text{J}200\text{J}=Q100\text{J}\]

\[200\text{J}=Q100\text{J}\]

\[Q=200\text{J}100\text{J}\]

\[Q=100\text{J}\]

所以，系統(tǒng)吸收的熱量為100J。

4.已知某物質(zhì)的比熱容為0.2kJ/(kg·K)，密度為0.6g/cm3，質(zhì)量為0.2kg，溫度從30℃降低到20℃，計算物質(zhì)放出的熱量。

解答：

物質(zhì)放出的熱量\(Q\)可以通過以下公式計算：

\[Q=mc\DeltaT\]

其中，\(m\)是物質(zhì)的質(zhì)量，\(c\)是物質(zhì)的比熱容，\(\DeltaT\)是溫度變化。

代入已知值：

\[Q=0.2\text{kg}\times0.2\text{kJ/(kg·K)}\times(20^\circ\text{C}30^\circ\text{C})\]

\[Q=0.2\times0.2\times(10)\text{kJ}\]

\[Q=0.4\text{kJ}\]

由于放出的熱量是負值，表示系統(tǒng)失去熱量，因此放出的熱量為0.4kJ。

5.已知某熱力學(xué)系統(tǒng)的熵增為2J/K，溫度為300K，計算系統(tǒng)做功的最大值。

解答：

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，系統(tǒng)在可逆過程中所做的最大功\(W_{\text{max}}\)等于系統(tǒng)的熵增\(\DeltaS\)乘以溫度\(T\)：

\[W_{\text{max}}=\DeltaS\timesT\]

代入已知值：

\[W_{\text{max}}=2\text{J/K}\times300\text{K}\]

\[W_{\text{max}}=600\text{J}\]

所以，系統(tǒng)做功的最大值為600J。

答案及解題思路：

1.答案：96kJ

解題思路：使用熱量計算公式\(Q=mc\DeltaT\)。

2.答案：1.5×\(Q_C\)

解題思路：使用熱機效率公式\(\eta=1\frac{T_C}{T_H}\)和熱量轉(zhuǎn)換公式。

3.答案：100J

解題思路：使用熱力學(xué)第一定律\(\DeltaU=QW\)。

4.答案：0.4kJ

解題思路：使用熱量計算公式\(Q=mc\DeltaT\)。

5.答案：600J

解題思路：使用熱力學(xué)第二定律\(W_{\text{max}}=\DeltaS\timesT\)。六、論述題1.論述熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的聯(lián)系與區(qū)別。

（1）熱力學(xué)第一定律的聯(lián)系：

熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。

它揭示了能量在系統(tǒng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換和傳遞過程中的守恒性。

（2）熱力學(xué)第一定律的區(qū)別：

與熱力學(xué)第二定律相比，第一定律主要關(guān)注能量的數(shù)量，即能量不能被創(chuàng)造或消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。

第一定律不涉及能量轉(zhuǎn)換的效率或方向。

（3）熱力學(xué)第二定律的聯(lián)系：

熱力學(xué)第二定律是關(guān)于能量轉(zhuǎn)換方向和效率的定律。

它與熱力學(xué)第一定律共同構(gòu)成了熱力學(xué)的基本原理。

（4）熱力學(xué)第二定律的區(qū)別：

第二定律指出，在能量轉(zhuǎn)換過程中，總有一部分能量會轉(zhuǎn)化為無用的形式，如熱能散失到環(huán)境中。

第二定律還涉及熵的概念，表明孤立系統(tǒng)的熵總是趨向于增加。

2.論述熱力學(xué)第二定律在工程熱力學(xué)中的應(yīng)用。

（1）熱機效率：

熱力學(xué)第二定律是評估熱機效率的理論基礎(chǔ)。

根據(jù)卡諾定理，熱機的效率取決于高溫?zé)嵩春偷蜏乩湓粗g的溫差。

（2）制冷循環(huán)：

第二定律在制冷循環(huán)中起到關(guān)鍵作用，指導(dǎo)制冷劑的循環(huán)過程。

熵增原理保證制冷過程中熵的增加是可控的。

（3）熱泵系統(tǒng)：

熱泵系統(tǒng)的工作原理也基于熱力學(xué)第二定律，通過外部功將低溫?zé)嵩吹臒崃哭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩础?/p>

3.論述熱力學(xué)第三定律的意義和應(yīng)用。

（1）意義：

熱力學(xué)第三定律指出，在絕對零度時，任何物質(zhì)的熵都趨于零。

它為絕對溫度的概念提供了理論依據(jù)。

（2）應(yīng)用：

第三定律在低溫物理學(xué)和量子統(tǒng)計力學(xué)中具有重要應(yīng)用。

它幫助科學(xué)家理解和預(yù)測在極低溫度下物質(zhì)的性質(zhì)和行為。

答案及解題思路：

答案：

1.熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的聯(lián)系在于它們共同構(gòu)成了熱力學(xué)的基本原理，區(qū)別在于第一定律關(guān)注能量數(shù)量守恒，第二定律關(guān)注能量轉(zhuǎn)換的方向和效率。

2.熱力學(xué)第二定律在工程熱力學(xué)中的應(yīng)用包括熱機效率的提高、制冷循環(huán)的設(shè)計和熱泵系統(tǒng)的工作原理。

3.熱力學(xué)第三定律的意義在于提供了絕對溫度的概念，應(yīng)用在低溫物理學(xué)和量子統(tǒng)計力學(xué)中。

解題思路：

1.分析熱力學(xué)第一定律和第二定律的基本概念，對比它們的定義和作用。

2.結(jié)合工程熱力學(xué)的實際案例，如熱機、制冷循環(huán)和熱泵系統(tǒng)，說明第二定律的應(yīng)用。

3.了解熱力學(xué)第三定律的基本原理，闡述其在低溫物理學(xué)中的應(yīng)用和意義。七、綜合應(yīng)用題1.某工廠有一臺熱機，熱源溫度為800K，冷源溫度為300K，熱機效率為40%，求熱機從熱源吸收的熱量。

解題思路：

根據(jù)熱機效率的定義，效率（η）等于從熱源吸收的熱量（Q_H）與所做的功（W）之比，即η=W/Q_H。由于熱機所做的功等于從熱源吸收的熱量減去向冷源釋放的熱量（Q_C），即W=Q_HQ_C。根據(jù)卡諾循環(huán)效率公式，η=1(T_C/T_H)，其中T_C和T_H分別是冷源和熱源的絕對溫度。我們可以通過這些信息來計算從熱源吸收的熱量。

答案：

計算熱機效率：

η=1(T_C/T_H)=1(300K/800K)=10.375=0.625或62.5%

使用效率公式求出從熱源吸收的熱量：

Q_H=W/η

由于沒有具體的熱機所做的功的數(shù)據(jù)，我們可以用Q_HQ_C=W來表示：

Q_HQ_C=Q_Hη

Q_C=Q_H(1η)

Q_H=Q_C/(1η)

如果假設(shè)熱機做的功等于釋放到冷源的熱量，即W=Q_C，則：

Q_H=Q_C/(1η)=Q_C/(10.625)=Q_C/0.375

由于沒有給出Q_C，無法直接計算Q_H，需要更多的信息。

2.某物體的質(zhì)量為0.5kg，比熱容為0.4kJ/(kg·K)，溫度從0℃升高到100℃，求物體吸收的熱量。

解題思路：

物體吸收的熱量可以通過公式Q=mcΔT計算，其中Q是熱量，m是