热工基础第二版(张学学著课后答案(全).(DOC)

内能的变化为：
2-6解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为：
当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：
由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即：
根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：
所以活塞上升的距离为：
由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为：
2-8解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：
忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为：
所以带动此压气机所需的功率至少为：
2-9解：是否要用外加取暖设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外界的热量，室内热源每小时产生的热量为：
小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3105kJ，所以必须外加取暖设备，供热量为：
所以a-d-b过程系统对外作的功也就是a-d过程系统对外作的功，故a-d过程系统与外界交换的热量为：
2－5
过程
QkJ
WkJ
UkJ
1-2
1390
0
1390
2-3
0
395
-395
3-4
-1000
0
-1000
4-1
0
-5
5
2-5解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量，即汽化潜热，所以有：
1-9解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力0.09MPa，所以气体对外所作的功为：
1-11解：确定为了将气球充到2m3的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压力等于气球中的压力，同时等于外界大气压 ）
前两种情况能使气球充到2m3
情况三:
所以气球只能被充到 的大小，故气体对外作的功为：
答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。
5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小：⑴W12与W1a2；(2)U12与U1a2；(3)Q12与Q1a2
答：（1）W1a2大。
(2)一样大。
（3）Q1a2大。
答：理想气体的 和 之差在任何温度下都等于一个常数，而 和 之比不是。
2.如果比热容是温度t的单调增函数，当 时，平均比热容 、 、 中哪一个最大？哪一个最小？
答：由 、 、 的定义可知
，其中
，其中
，其中
因为比热容是温度t的单调增函数，所以可知 > ，又因为
故可知 最大，
又因为：
所以 最小。
3.如果某种工质的状态方程式遵循 ，这种物质的比热容一定是常数吗？这种物质的比热容仅是温度的函数吗？
答：图中曲线1为可逆定容加热过程；2为可逆定压加热过程；3为可逆定温加热过程；4为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积v不变，过程中系统内能增加，所以为曲线1，从下向上。可逆定压加热过程有：
所以此过程为过原点的射线2，且向上。理想气体的可逆定温加热过程有：
所以为曲线3，从左到右。可逆绝热膨胀过程有：
答：不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：
由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。
4.在 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。
（2）空气膨胀，升温，又放热有：
此多变过程如图所示，然而要想是过程同时满足膨胀过程是不可能的。
（3） 的膨胀过程，在p－v图上，膨胀过程体积增大，过程从几条曲线的交点A向下；在T－s图上，过程从几条曲线的交点A向下。此过程为放热，对外做功，内能减少。
（4） 的压缩过程，在p－v图上，压缩过程体积减小，过程从几条曲线的交点A向上；在T－s图上，过程从几条曲线的交点A向上。此过程为放热，外界对空气做功，内能增加。
6.没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？
答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7.用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？
答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习题
1-1解：
1.
2.
3.
4.
1-2图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设
备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角 ，管内水
解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差
答：根据质量分数和摩尔分数的关系，有：
从上式可以看出，对成分一定的混合气体，分母为常数，因此摩尔分数取决于其质量分数和摩尔质量的比值，对于质量分数较大的组元，如果摩尔质量也很大，那么它的摩尔分数可能并不大。
8.理想混合气体的比热力学能是否是温度的单值函数？其 是否仍遵循迈耶公式？
答：不是。因为理想混合气体的比热力学能为：
2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？
答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？
2.下列说法是否正确？
⑴气体膨胀时一定对外作功。
错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。
⑵气体被压缩时一定消耗外功。
对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。
⑶气体膨胀时必须对其加热。
错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。
⑷气体边膨胀边放热是可能的。
6.说明下列各式的应用条件：
⑴
闭口系的一切过程
⑵
闭口系统的准静态过程
⑶
开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零
⑷
开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。
7.膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关系？
答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。
6.在 图上，如何将理想气体任意两状态间的热力学能和焓的变化表示出来。
答：理想气体的内能和焓都是温度的单值函数，因此在 图上，定内能和定焓线为一条平行于T轴的直线，只要知道初态和终态的温度，分别在 图上找到对应温度下的定内能和定焓直线，就可以确定内能和焓的变化值。
7.凡质量分数较大的组元气体，其摩尔分数是否也一定较大？试举例说明之。
第一章
思考题
1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？
答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
第二章
思考题
绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶能否在坐标图上表示此过程？为什么？
答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。
（2）空气对外不做功。
（3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。
2-10解：取容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体积为：
过程中系统对外所作的功为：
所以过程中系统和外界交换的热量为：
为吸热。
2-11解：此过程为开口系统的稳定流动过程，忽略进出口工质的宏观动能和势能变化，则有：
由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到：
所以整个系统的能量平衡式为：
对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。
⑸气体边被压缩边吸入热量是不可能的。
错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。
⑹对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。
错，比如多变过程，当n大于1，小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。
4.“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？
习题
2-1解： ，所以是压缩过程
2-2解：
2-3解：
2－4解：状态b和状态a之间的内能之差为：
所以，a-d-b过程中工质与外界交换的热量为：
工质沿曲线从b返回初态a时，工质与外界交换的热量为：
根据题中给定的a点内能值，可知b点的内能值为60kJ，所以有: