清华大学工程热力学思考题答案

7．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对 吗？ 答：不对。系统经历不可逆过程后是可以恢复到起始状态的，只不过系 统恢复到起始状态后，外界却无法同时恢复到起始状态，即外界的状态 必将发生变化。
8.
, 可以用于不可逆过程么？为什么？ 答：
计算得到的是准静态过程的容积变化功，因此仅适用于准静态过程或可 逆过程；对于非准静态过程，其过程曲线无法在P-V图上表达，因此也 就无法用上面的公式进行计算。 仅用于可逆过程：根据熵的定义式：，对于可逆过程，计算出的是传热 量，此时仅表示熵流；对于不可逆过程，熵的变化不仅包括熵流，还包 括熵产，即，因此中的不仅包括由于传热产生的熵流，还包括由于不可 逆导致的熵产，因此上式不适用于不可逆过程，例如绝热过程，系统由 于经历了不可逆过程，熵增，但此时传热量为零
(2) 能，如(1)中所示； (3) 能；工质被压缩，对内做功，，由于可以使，因此可能出现，即
吸入热量； (4) 不一定；工质吸热，，由于可以使，即工质对外做功，因此可能
出现，即工质内能减小； (5) 可能；对工质加热，，由于可以使，即工质对外做功，因此可能
出现，对于理想气体，其内能仅为温度的单值函数，因此对于理 想气体来说温度可能降低。 2． 一绝热刚体容器，用隔板分成两个部分，左边贮有高压气体，
8． 试写出表2-1内所列四种过程的各种功计算式。 过程种类
液体的流动过程（）
0
气体的定压流动过程 （）
液体的定压流动过程
0
0
0
（，）
低压气体的定温流动过
0
程（）
注：低压气体可以认为是理想气体，且内能仅为温度的单值函数。 计算依据： （1） （2） （3） （４）
空气经过绝热节流过程，压力确实下降，但温度不变：因为绝热节 流过程为一个等焓过程，而空气可视为理想气体，理想气体的焓为温度 的单值函数，因此温度不变。但对于非理想气体和一般液体，经过绝热 节流过程，虽然焓不变，但温度和压力都要发生变化，压力减小，但温 度可能升高、不变或者降低。
第二章 思考题参考答案
1． 工质膨胀时是否必须对工质加热？工质边膨胀边放热可能否？ 工质边被压缩边吸入热量可以否？工质吸热后内能一定增加？ 对工质加热，其温度反而降低，有否可能？
答：由闭口系统热力学第一定律关系式： 规定吸热，对外做功。
(1) 不一定；工质膨胀对外做功，，由于可以使，因此可能出现，即 对外放热；
可确定内能和焓。但理想气体的内能和焓只决定于温度，与压 力，比容无关，前后有否矛盾，如何理解？
答：不矛盾。
理想气体内能和焓只决定于温度，这是由于理想气体本身假设决定
的。对于理想气体模型，假设其分子之间没有相互作用力，也就不存在
分子之间的内位能。再结合理想气体方程，则有：
因此，理想气体的内能和焓只决定于温度，而与压力、比容无关。
(2) 错误：1) 不应直接用表压计算，应先转化为绝对压力；2) Rm应该 用8314J/kmol*K,因为Pa* m3=J
(3) 错误：1) 1at=1kgf/cm2=9.80665E04 Pa≠1atm,因此这里计算绝对 压力时，大气压力取错; 2) Rm应该用8314J/kmol*K,因为Pa* m3=J；
口系统热力学第一定律，，有0〈〈（吸热）。 4． 推进功与过程有无关系？
答：推进功是因工质出、入开口系统而传递的功。推进功是工质在流动 中向前方传递的功，并且只有在工质的流动过程中才出现。当系统出口 处工质状态为（，）时，1kg工质流出系统，系统所需要做出的推进功 为。推进功的大小仅与选取出口处的压力和比容数值的乘积有关，因此 是状态参数，且为广延参数。
5． 你认为“任何没有体积变化的过程就一定不对外做功”的说法 是否正确？
答：错误。体积变化仅产生容积变化功。除了容积变化功外，还有电 功、推进功等等，这些功不需要体积发生变化。
6． 说明下述说法是否正确： （1） 气体膨胀时一定对外做功。 （2） 气体压缩时一定消耗外功。
答：对“功”的理解，功可以分为有用功和无用功，有用功是指有目的 且产生有用效果的功。（1）气体膨胀时不一定对外做功，如气体的自 由膨胀，由于气体没有做功对象，因此气体对外做功为零；（2）不一 定。当热气体冷却时，如果外界大气做的功为有用功，则（２）成立， 但是如果外界大气做的功为无用功，则（２）不成立。
第三章 思考题参考答案
1． 容积为1m3的容器中充满氮气N2，其温度为20℃，表压力为 1000 mmHg,为了确定其质量，不同人分别采用了以下几种计算 式得出了结果，请判断它们是否正确？若有错误请改正。
答： (1)
错误：1) 不应直接用表压计算，应先转化为绝对压力；2) 压力应 转换为以Pa为单位，1mmHg=133.3Pa；3) Rm应该用8314J/kmol*K,因为 Pa* m3=J；4) 温度的单位应该用K。
工质的压力不变化，相当于绝对压力不变化，但随着各地的纬度、 高度和气候条件的不同，测量当地的大气压值也会不同。根据上面两个 关系式可以看出，虽然绝对压力不变化，但由于测量地点的大气压值不 同，当地测量的压力表或真空表的读数也会不同。
5．准静态过程如何处理“平衡状态”又有“状态变化”的矛盾？ 答：准静态过程是指系统状态改变的不平衡势差无限小，以致于该系统 在任意时刻均无限接近于某个平衡态。准静态过程允许系统状态发生变 化，但是要求状态变化的每一步，系统都要处在平衡状态。 6．准静态过程的概念为什么不能完全表达可逆过程的概念？ 答：可逆过程的充分必要条件为：1、过程进行中，系统内部以及系统 与外界之间不存在不平衡势差，或过程应为准静态的；2、过程中不存 在耗散效应。即“无耗散”的准静态过程才是可逆过程，因此准静态过 程的概念不能完全表达可逆过程的概念。
右边为真空。抽去隔板时，气体立即充满整个容器。问工质内 能、温度将如何变化？如该刚体容器为绝对导热的，则工质内 能、温度又如何变化？ 答：对于绝热刚体容器，以高压气体为对象：容器绝热：；且右边为真 空，高压气体没有对外做功对象，即自由膨胀，有。由闭口系统热力学 第一定律：，工质的内能不发生变化，如果工质为理想气体，那么其温 度也不发生变化。 如果该刚体容器为绝对导热，那么初始状态下容器内工质与外界环 境等温，而自由膨胀过程终了时容器内工质仍旧与外界环境等温。当外 界环境温度不发生变化时，容器内工质温度在整个自由膨胀过程中温度 不变。仍取工质为研究对象，由于工质与外界有热交换，这里工质温度 高于环境温度，即对外放热，，且自由膨胀，由闭口系统热力学第一定 律，有。该工质一定为非理想气体，其势能变小。 3． 图2-9 中，过程1-2与过程1-a-2 有相同的初、终点，试比 较： 与，与，与 答：根据图2-9，由于是p-v图，因此有：0〈〈（对外做功）；=；由闭
(4) 错误：1)相对压力单位为工程大气压（at），与标准大气压（atm） 不同；2）气体常数Rm应该用8314J/kmol*K。 正确结果：2.695kg 2． 理想气体的cp与cv之差及cp与cv之比是否在任何温度下都等于
一个常数？ 答： 根据定压比热容和定容比热容的定义，以及理想气体状态方程可 以推导出，（见课本79页）。可见，两者之差为常数。
温度的单值函数等条件出发，导得，于是他认为理想气体的熵 应是温度的单值函数。判断是否正确？为什么？ 答：是不正确的。 因为得到结论的条件中有错误，理想气体的比热容不是温度的单值 函数。对于理想气体，只有定容和定压比热容才是温度的单值函数。同 时，的表述有问题，因为，因此得到的不仅是可逆过程的换热量，而是 任意过程的换热量。因此将(2)代入(1)中是不正确的。 10． 在u-v图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程，可逆
定压加热过程，可逆定温加热过程和可逆绝热膨胀过程。 答：
11． 试求在定压过程中加给空气的热量有多少是利用来作功的？ 有多少是来改变内能？
答：由热一率 ，对定压过程，技术功为零，则，可得， 12． 将满足下列要求的多边过程表示在p-v图和T-s图上（工质为 空气）： （1） 工质又升压、又升温，又放热； （2） 工质又膨胀、又降温，又放热； （3） n=1.6的膨胀过程，判断q, w, u 的正负； （4） n=1.3 的压缩过程，判断q, w, u 的正负；
4． 热力学第一定律的数学表达式可写成：
（1）
（2）
两者有何不同。
答：(1)式为闭口系统热力学第一定律方程，是普适式；
(2)式适用的范围为：
1) 对象理想气体，内能为温度的单质函数；
2) 系统经历准静态过程，只做容积变化功。
5． 如果比热容c是温度t的单调递增函数，当时，平均比热容、、
中哪一个最大？哪一个最小？
态量。而这里所指的比热容并不是在以上特定过程下的比热容，因此仅
可以表示成为：。可见，这里所指的比热容是由两个参数决定的，且是
与过程有关的量。
7． 理想气体的内能和焓为零的起点是以它的压力值、还是以它的
温度值、还是压力和温度一起来规定的？
答：由于理想气体的内能和焓仅为温度的单值函数，与压力无关，因此
理想气体的内能和焓为零的起点是以它的温度值（热力学温度值）来规
答：由于比热容c是温度t的单调递增函数，且由平均比热容的定义：
ห้องสมุดไป่ตู้
由作图法可以清楚地看出，最小，最大。
6． 如果某种工质的状态方程遵循，这种物质的比热容一定是常数
吗？这种物质的比热容仅仅是温度的函数么？
答：这种物质的比热不一定是常数，至少应该是温度的函数。对于理想
气体，仅仅对于定压和定容过程的比热容才是温度的单值函数，且为状
7． 下列各式是否正确： （１） （２） （３）
各式的适用条件是什么？ 答：三个式子都针对1kg工质。（１）式是针对闭口系的能量方程，且 忽略闭口系的位能和动能变化，为闭口系统与外界交换的净功。（2） 式是针对简单可压缩系统准静态过程（或可逆过程）的能量方程，为系 统与外界交换的容积变化功。（3）式是针对技术功为零的稳定流动能 量方程，即，且。