热力学例题作业补充

例8 1 kg的水与 0 C 的热源接触，当水的温度到 达 100 C 时，1）水的熵变是多少？ 2）整个系统的熵变是多少？ 3）欲使整个系统的熵变为零，水应如何从 0 C 变到100 C ？
例9 已知196 C 是氮的沸点，相变潜热为 47.6 cal/g ， m C 把氮气当作理想气体，比热容 p 7.0 cal/(mol K) 且与温度无关，求下列两种状态的熵差： 1）温度为 20 C ，压力为1 atm的1 g氮气； 2）温度为 196 C ，压力为1 atm的1 g液氮。
例6 一蒸汽机工作于 400 C 的高温热源及150 C 的 低温热源之间，对给定热输入Q，此蒸汽机 所做的最大功是多少？在什么条件下得到此 最大功？ 例7 一卡诺热机，其工作物质为1mol的单原子理 想气体，已知循环过程中等温膨胀开始时的 温度为 4T0，体积为 V0 ；等温压缩过程开始 时温度为 T0 ，体积为 64V0 。每个循环对外做 功为W 。现有另一个同样的热机，但以1mol 双原子理想气体为工作物质，循环过程与前 相同，此时热机每个循环对外做功 W 。 求 W /W 。
例10. 0.081 mol 的He气(理想气体)，初始温度 5 2 2 10 N/m 为 27 C ，压强为 ，然后经历了 过程ABC，如图所示。求：（1）在 A B 的等压膨胀中气体对外做功多少？（2） 在 A B 中He的内能改变多少？（3）如 果 B C 是绝热的，求其熵变及终压强。
p(10 N/m )
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A
B
C 1.0 1.5 2.0
V /m
3
作业
1. 若热机作可逆循环 abcda ，其中 a b 和 c d 是等压过程（压强分别为 p1 ，p2 ）， b c 和 d a 是绝热过程。工作物质为理想气体，其 m C 定容摩尔热容为常数 V 。（1）求热机的效 率（用 p1 ，p2 表示）；（2）求abcd四个状 态的温度中的最大值 Tmax 和最小值 Tmin ； （3）证明工作在 Tmax和 Tmin之间的卡诺热机 的效率大于上述热机的效率。
热力学例题
例1 在等压下将1000g 氮从 20 C 加温至 100 C 需要多少热量？氮的内能增加了多少？ 对外做了多少功？如果是等容加温，则 需多少热量？ （已知定容比热容 cV 5 cal/mol C ， R 2 cal/mol C）
例2 2 mol初始温度为 27 C ，初始体积为20 L的氦 气，先等压膨胀到体积加倍，然后绝热膨胀 回到初始温度。1）在p-V图上画出过程图； 2）在这一过程中系统总吸热多少？3）系统 内能总的改变等于多少？4）氦气对外界做 的总功是多少？其中绝热膨胀过程对外界做 功是多少？5）系统终态的体积是多少？
例4 一容器（如图所示）体积为V，装有理想气体。 玻璃管的截面积为S，有一个质量为m的小球 正好封住管子并可以在管内无摩擦的滑动。 大气压为 p0 ，管内压力略高于大气压。如果 小球偏离平衡位置，它将做 简谐振动。设气体经历的过程 是绝热的，且已知热容比 ， 求振动频率。 例5 一空气泡自深为H的海底浮出海面，海水的 温度与深度h的关系为T T0 ah / H，已知在海 面上气泡体积为 V0 ，压强为 p0 ，海水的密度 m C 为 ，并取空气 V 5R / 2 ，求气泡上浮过程 中对外做的功及吸收的热量。
例3 一绝热活塞将封闭的绝热气缸分成A、B两部 分，A和B装有等量的单原子理想气体，活塞 可无摩擦地自由滑动。开始时，两边气体体 积均为V0 ，压强均为 p0 ，温度均为 T0 。现通 过某种装置对A中气体缓慢加热，当B中气体 压强为3 p0 ，且A、B气体均达到平衡时，停 止加热。设活塞移动的过程可视为准静态过 程，试计算上述加热过程中，传给A中气体的 热量Q。
2. 计算理想气体的奥托循环的效率 作为压缩比 m m CV 与温度无关） Vmax / Vmin 和等容摩尔热容CV（ 的函数。（注： 汽油机的循环过程类似于奥托循环，
即两个绝热过程和两个等容过程构成的循环。）
3. 1mol理想气体经历了体积从 V1 到2V1 的可逆等温 膨胀过程，问：1）气体的熵变是多少？2）外 界和气体的总熵变是多少？3）若假定膨胀为绝 热自由膨胀，上述结果又如何？ 4. 温度为300 K的理想气体作不可逆等温膨胀，从 温度同为300 K的热源吸收热量100 J，同时对外 做功，所做的功是气体可能对外所做的最大功 的10%。求在此过程中气体和热源的熵变各为 多少？（注：利用热力学可逆过程的最大功原 理，即可逆过程中体系将对环境做最大功，而 环境对体系作最小功。）