第五章热力学第二定律练习题.
第五章课后习题
第五章课后习题5-1利用逆向卡诺循环机作为热泵向房间供热，设室外温度为5C -︒ ，室内温度保持20C ︒ ，要求每小时向室内供热42.510KJ ⨯ ，试问：（1）每小时从室外吸收多少热量？ （2）此循环的供暖系数多大？（3）热泵由电动机驱动，如电动机效率为95% ，电动机的功率多大？（4）如果直接用电炉取暖，每小时耗电多少（kW h ）?解：已知 1412273202935273268 2.510/Q T K T K q KJ h =+==-+==⨯（1）是逆向卡诺循环时，1212Q Q q q T T =2144212682.510 2.28710/293Q Q T q q KJ h T ==⨯⨯=⨯ （2）循环的供暖系数 '11229311.72293268T T T ε===-- （3）每小时耗电能()12442.5 2.287100.21310/w Q Q q q q KJ h =-=-⨯=⨯。
电机效率为95%，因而电机功率为：40.213100.623360095%N KW ⨯==⨯ （4）若直接用电炉取暖，则42.510/KJ h ⨯的 热能全部由电能供给，耗电力 442.5102.510// 6.943600P KJ h KJ s KW ⨯=⨯== 5-2 设有一由两个定温过程和两个定压过程组成的热力循环，如图5-34所示。
工质加热前的状态为110.1,300p MPa T K == ，定压加热到 21000T K = ，再在定温下每千克工质加热400KJ 。
试分别计算不采用回热和采用极限回热循环的热效率，并比较它们的大小。
工质的比热容 1.004/()p c KJ kg K =。
解：（1）不回热时（2）采用极限回热时，1-2 过程所需热量由 3-4 过程供给，所以或5-3 试证明：同一种工质在参数坐标图（例如图）上的两条绝热线不可能相交。
（提示：若相交的话，将违反热力学第二定律。
热力学第二定律(习题)
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例题
将1mol、298K 的O2(g) 放在一恒压容器中，由 容器外的 13.96K 的液态 H2作冷却剂，使体系 冷却为 90.19K 的 O2 (l)。已知 O2在 90.19K 时 的摩尔气化热为 6.820 kJ·mol-1，试计算该冷却 过程中的体系熵变、环境熵变和总熵变。
−1
∴∆G = ∆H − ∆(TS ) = ∆H − (T2 S2 − T1S1 ) = −29488 J
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例题
(C ) ∵ ∆S = nCv ,m ln(T2 T1 ) = 1.5 R ln 2 = 8.644 J ⋅ K −1 ∴ S 2 = S1 + ∆S = 108.6 J ⋅ K
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例题
1mol He(视为理想气体) 其始态为V1＝22.4 dm3， T1＝273K，经由一任意变化到达终态，P2＝202.65 kPa，T2＝303K。试计算体系的熵变。
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例题
解: 终态的体积为 V2= nRT2/P2=8.314×303/202.65 = 12.43 dm3 该过程中体系的熵变为: ∆S = nCV, m ln(T2/ T1)+nRln(V2/ V1) = n3/2 Rln(T2/ T1)+nRln(V2/ V1) =1×8.314×[3/2ln(303/273)+ln(12.43/22.4)] =-3.60 J·K-1
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例题
298.15K 时，液态乙醇的摩尔标准熵为 160.7J· K -1 ·mol -1，在此温度下蒸气压是 7.866kPa， 蒸发热为 42.635 kJ·mol-1。 计算标准压力PӨ下，298.15K 时乙醇蒸气的摩尔标 准熵。假定乙醇蒸气为理想气体。
工程热力学第五章习题答案
第五章 热力学第二定律5-1 利用逆向卡诺机作为热泵向房间供热，设室外温度为5C −D ，室内温度为保持20C D 。
要求每小时向室内供热42.510kJ ×，试问：（1）每小时从室外吸多少热量？（2）此循环的供暖系数多大？（3）热泵由电机驱动，设电机效率为95%，求电机功率多大？（4）如果直接用电炉取暖，问每小时耗电几度（kW h ⋅）？解：1(20273)K 293K T =+=、2(5273)K 268K T =−+=、142.510kJ/h Q q =×（1）逆向卡诺循环1212Q Q q q T T =214421268K 2.510kJ/h 2.28710kJ/h293KQ Q T q q T ==××=×（2）循环的供暖系数112293K 11.72293K 268KT T T ε′===−−（3）每小时耗电能1244w (2.5 2.287)10kJ/h 0.21310kJ/hQ Q q q q =−=−×=×电机效率为95%，因而电机功率为40.21310kJ/h 0.623kW3600s/h 0.95P ×==×（4）若直接用电炉取暖，则42.510kJ/h ×的热能全部由电能供给442.5102.510kJ/h kJ/s 6.94kW3600P ×=×==即每小时耗电6.94度。
5-2 一种固体蓄热器利用太阳能加热岩石块蓄热，岩石块的温度可达400K 。
现有体积为32m 的岩石床，其中的岩石密度为32750kg/m ρ=，比热容0.89kJ/(kg K)c =⋅，求岩石块降温到环境温度290K 时其释放的热量转换成功的最大值。
解：岩石块从290K 被加热到400K 蓄积的热量212133()()2750kg/m 2m 0.89kJ/(kg K)(400290)K 538450kJQ mc T T Vc T T ρ=−=−=××⋅×−=岩石块的平均温度21m 21()400K 290K342.1K 400Kln ln290Kmc T T Q T T Smc T −−====Δ在T m 和T 0之间运行的热机最高热效率0t,max m290K 110.152342.1KT T η=−=−=所以，可以得到的最大功max t ,max 10.152538450kJ 81946.0kJW Q η==×=5-3 设有一由两个定温过程和两个定压过程组成的热力循环，如图5-1所示。
热力学第二定律_A+B_
1第三章 热力学第二定律练习题（A ）一．选择题1．封闭系统中W’＝0时的等温等压化学反应，可用_______式来计算系统的熵变。
A ．ΔS ＝Q TB ．ΔS ＝HTΔ C ．ΔS ＝H GTΔ−Δ D ．ΔS ＝21ln V nR V2．一定量的理想气体经一恒温不可逆压缩过程，则有_____ A ．ΔG ＞ΔA B ．ΔG ＝ΔA C ．ΔG ＜ΔA D ．不能确定 3．在一定的温度下，任何系统的吉布斯函数之值均随压力增加而 _____。
A ．增大B ．不变C ．减小D ．增减不定4．某非缔合液体在正常沸点时其摩尔气化熵为88J ·mol －1·K －1，其气化热为 22kJ ·mol －1，则其正常沸点最接近于_____。
A ．773KB ．500KC ．250KD ．373K5．下列各关系式中 _____是不正确的。
A ．()pGS T ∂∂=− B ．()TGV p ∂∂= C ．2()[]V A U T T T ∂∂=− D ．([]p GH T T T∂∂=−二．填空题1．在 的条件下，才可使用ΔG ≤0来判断一个过程是否可逆? 2．系统经可逆循环后，ΔS ____0；经不可逆循环后，ΔS ____ 0。
(填＜、＞或＝) 3． ______系统中，平衡状态的熵值一定是最大值。
4． 一定量的理想气体在300K 由A 态等温变化到B 态，此过程系统吸热1000J ，ΔS ＝10J ·K －1，据此可判断此过程为_______过程。
5．下列过程中ΔU 、ΔH 、ΔS 、ΔA 或ΔG 何者为零。
(1) 理想气体自由膨胀过程_______。
(2) H 2(g )和Cl 2(g )在绝热的刚性容器中反应生成HCl (g )的过程_______。
(3) 在0℃、101.325kPa 时，水结成冰的相变过程_______。
三．计算题1．初始状态为25℃、100 kPa 、1dm 3的O 2(g )，在外压恒定为10 kPa 的条件下，膨胀到体积为原来的10倍，试计算终态的温度及此过程的ΔH 和ΔS 。
热力学第二定律练习题
(A) X = ∑nBXB ； (C) ∑nBXB = 0 ；
(B) ∑nBdXB = 0 ； (D) 表明各物质偏摩尔之间有关系 。
24．已知水的六种状态：①100℃，pH2O(l)；②99℃，2pH2O(g)；③100℃，
2pH2O(l)；
④100℃、2pH2O(g)；⑤101℃、pH2O(l)；⑥101℃、pH2O(g) 。它们化学势高 低
5．下列计算熵变公式中，哪个是错误的： (A) 水在 25℃、p下蒸发为水蒸气： S H G ； T
(B) 任意可逆过程：
；
(C) 环境的熵变：
；
(D) 在等温等压下，可逆电池反应：
。
6．当理想气体在等温(500K)下进行膨胀时，求得体系的熵变∆S = l0 J·K-1，若该变化中 所
做的功仅为相同终态最大功的 ，该变化中从热源吸热多少？
(C) ∆F 与温度无关 ；
(D) ∆G 与温度无关 。
11．等温下，一个反应 aA + bB = dD + eE 的 ∆rCp = 0，那么： (A) ∆H与 T 无关，∆S与 T 无关，∆G与 T 无关 ； (B) ∆H与 T 无关，∆S与 T 无关，∆G与 T 有关 ； (C) ∆H与 T 无关，∆S与 T 有关，∆G与 T 有关 ； (D) ∆H与 T 无关，∆S与 T 有关，∆G与 T 无关 。
(D) 总是减小 。
4．对于克劳修斯不等式 dS Q T环 ，判断不正确的是： (A) dS Q T环 必为可逆过程或处于平衡状态 ； (B) dS Q T环 必为不可逆过程 ； (C) dS Q T环 必为自发过程 ； (D) dS Q T环 违反卡诺定理和第二定律，过程不可能自发发生 。
(A) 同一种物质的
热力学第二定律 习题
四、概念题（一） 填空题1.在高温热源T 1和低温热源T 2之间的卡诺循环, 其热温熵之和()1212Q Q T T +=。
循环过程的热机效率()η=。
2.任一不可逆循环过程的热温熵之和可以表示为()0Q T δ⎛⎫ ⎪⎝⎭⎰ 不可逆。
3.在绝热密闭的刚性容器中发生某一化学反应,此过程的()sys 0S ∆；()amb0S ∆。
4.系统经可逆循环后,S ∆（ ）0, 经不可逆循环后S ∆（ ）。
（填>,=,<）。
5.某一系统在与环境300K 大热源接触下经历一不可逆循环过程,系统从环境得到10kJ 的功,则系统与环境交换的热()Q =；()sys S ∆=；()amb S ∆=。
6.下列过程的△U 、△H 、△S 、△G 何者为零？⑴ 理想气体自由膨胀（ ）；⑵ H 2（g ）和Cl 2（g ）在绝热的刚性容器中反应生成HCl （g ）的过程( )；⑶ 在0 ℃、101.325 kPa 下水结成冰的相变过程（ ）。
⑷ 一定量真实气体绝热可逆膨胀过程( )。
⑸ 实际气体节流膨胀过程（ ）。
7.一定量理想气体与300K 大热源接触做等温膨胀,吸热Q =600kJ,对外所做功为可逆功的40%,则系统的熵变()S ∆=。
8. 1 mol O 2(p 1,V 1,T 1)和1 mol N 2(p 1,V 1,T 1)混合后，总压为2 p 1，总体积为V 1，温度为T 1，此过程的△S （ ）0（填＞，＜或＝，O 2和N 2均可看作理想气体）。
9.热力学第三定律用公式表示为：()()*m S =。
10. 根据 d G =－S d T+V d p 可知任一化学反应的（1）r m ΔTG p ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭（ ）； （2）r m ΔPG T ∂⎛⎫= ⎪∂⎝⎭（ ）； （3）r m ΔPV T ∂⎛⎫= ⎪∂⎝⎭（ ）。
11.某理想气体在500 K 、100 kPa 时,其m TS p ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ( )（要求填入具体数值和单位）。
05_第五章 热力学第二定律
【5－1】下列说法是否正确？（1）机械能可完全转化为热能，而热能却不能完全转化为机械能。
（2）热机的热效率一定小于1。
（3）循环功越大，则热效率越高。
（4）一切可逆热机的热效率都相等。
（5）系统温度升高的过程一定是吸热过程。
（6）系统经历不可逆过程后，熵一定增大。
（7）系统吸热，其熵一定增大；系统放热，其熵一定减小。
（8）熵产大于0的过程必为不可逆过程。
【解】（1）对于单个过程而言，机械能可完全转化为热能，热能也能完全转化为机械能，例如定温膨胀过程。
对于循环来说，机械能可完全转化为热能，而热能却不能完全转化为机械能。
（2）热源相同时，卡诺循环的热效率是最高的，且小于1，所以一切热机的热效率均小于1。
（3）循环热效率是循环功与吸热量之比，即热效率不仅与循环功有关，还与吸热量有关。
因此，循环功越大，热效率不一定越高。
（4）可逆热机的热效率与其工作的热源温度有关，在相同热源温度的条件下，一切可逆热机的热效率都相等。
（5）系统温度的升高可以通过对系统作功来实现，例如气体的绝热压缩过程，气体温度是升高的。
（6）T QdS δ>>系统经历不可逆放热过程，熵可能减小；系统经历不可逆循环，熵不变。
只有孤立系统的熵只能增加。
系统经历绝热不可逆过程，熵一定增大。
（7）g f dS dS dS +=，而0≥g dS ，系统吸热，0>f dS ，所以熵一定增加；系统放热时，0<f dS ，此时要比较g dS 与f dS 的大小，因此熵不一定减小。
（8）熵产就是由不可逆因素引起的熵增，所以熵产大于0的过程必为不可逆过程。
【5－2】某人声称发明一个循环装置，在热源1T 及冷源2T 之间工作。
若1T =1700K ，2T =300K 。
该装置能输出净功1200kJ ，而向冷源放热600kJ ，试判断该装置在理论上是否由可能。
【解】据能量守恒原理，装置内工质从高温热源吸热net W Q Q +=21=600+1200=1800kJ装置热效率1Q W n e t t =η=18001200=66.67% 在同温限的恒温热源间工作的卡诺循环热效率为121T T c -=η=17003001-=82.35% 比较t η和c η可知，此装置有可能实现，是一不可逆热机。
第5章热力学第二定律习题课
0.73
解： 取容器内全部气体为系统。 按题给，对所定义的系统应有 Q = 0, W = 0, U = UA + UB = 0 据此， 若UA 反之， 若UA UB UB
s 部 组 u 分 别 kJ/kg kJ/(kgK ) A a 1000 1.5
例 5-7 右图所示为 3 个可逆的热机 循环 A 、 B 、 C ，试分析比较它们 的热效率大小关系。 解：所给三个循环的平均吸热温度 和平均放热温度分别为：
TA1 T1； TA2 T2； 1 TB1 （T1 T2）； 2 TB2 T2；
T T1 A B C
T2
s
TC1 T1 TC 2 1 (T1 T2 ) 2
]
例 5.10 已知室内温度为 20℃ ，电冰箱内恒定地保持为 15℃，如果为此每分钟需从冰箱内排除热量221 kJ的热 量，问该电冰箱的压缩机功率至少需有多少kW？ 解：当电冰箱按逆卡诺循环工作时耗功最少 卡诺电冰箱的制冷系数应为 T2 258 c 7.3417 T1 T2 293 258 电冰箱每分钟的功耗 q2 221 w 29.98 kJ/min c 7.3714 电冰箱压缩机所需的功率至少为 N = w / 60 = 29.98 / 60 = 0.5 kW
2
q
T
1
0
因此，题给t2＝180℃是不可能的。
b.按题给，当t2=250℃时，过程的熵产量为
T2 s g s cP ln R ln T1 523 1.004 ln 0.287 ln 298 0..10283kJ /( kg K )
因此，过程造成的可用能损失
P2 P 1 0.5 0.1
工程热力学复习参考题-第五章
第五章 热力学第二定律一、选择题1 制冷循环工质从低温热源吸热q 2,向高温热源放热q 1，其制冷系数等于AA ． 212q q q - B ． 211q q q - C ． 221q q q - D ．121q q q - 2.供暖循环工质从低温热源吸热q 2, 向高温热源放热q 1，其热泵系数等于 BA ．212q q q - B ． 211q q q - C ．221q q q - D ．121q q q - 3.卡诺制冷循环的高温热源为温度T 0环境，低温热源温度为T 1，其制冷系数εc ＝ AA ．101T T T -B ．100T T T -C ．1- 10T TD ．1-01T T 4.卡诺供暖循环的冷源温度为T 0环境，热源温度为T 1，其热泵系数COP ＝ AA ．011T T T -B ．010T T T -C ．1-10T TD ．1-01T T 5.制冷系数ε的取值范围为DA ．大于1B ．大于1或等于1C ．小于1D ．大于1， 等于1或小于16.热泵系数COP 的取值范围为AA ．大于1B ．小于1或等于1C ．小于1D ．大于1，等于1或小于17.可逆循环的热效率与不可逆循环的热效率相比， DA ．前者高于后者B ．两者相等C ．前者低于后者D ．前者可以高于、等于、低于后者8.在两个恒温热源T 1和T 2之间（T 1> T 2）,概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环的热效率相比， BA ．前者高于后者B ．两者相等C ．前者低于后者D ．前者可以高于、等于、低于后者9.多热源可逆循环工质的最高温度为T 1，最低温度为T 2，平均吸热为1T ，平均放热温度为2T ，则其循环热效率为BA ．1-12T TB ．1－12T TC ．1- 2211T T T T --D ．1- 1122T T T T --10. 对于可逆循环，⎰T q δ B D A ．>0 B ．=0C ．<0D ．＝⎰ds 11. 不可逆循环的⎰T q δ C A ．>0 B ．=0C ．<0D ．≤0 12. 热力学第二定律指出C DA ．能量的总量保持守恒B ．第一类永动机不可能成功C ．热不能全部变为有用功D ．单热源热机不可能成功13. 理想气体经可逆定容过程从T 1升高到T 2，其平均吸热温度12T ＝ AA ．(T 2-T 1)/ln 12T T B ．C v (T 2-T 1)/ln 12T T C ．(T 2-T 1)/ C v ln 12T T D ．221T T + 14. 1～A ～2为不可逆过程，1～B ～2为可逆过程，则C DA ．⎰21A Tqδ>⎰21B T q δ B ．⎰21A T q δ=⎰21B T q δ C ．⎰21A T q δ<⎰21B T q δ D ．⎰21A ds ＝ ⎰21B ds 15. 自然现象的进行属于BCDA．.................................................................................................... 可逆过程B．不可逆过程C．具有方向性过程D．自发过程16. 克劳休斯关于热力学第二定律的表述说明CDA．热不能从低温物体传向高温物体B．热只能从高温物体传向低温物体C．热从低温物体传向高温物体需要补偿条件D．热只能自发地从高温物体传向低温物体17. 对卡诺循环的分析可得到的结论有: ABDA．提高高温热源温度降低低温热源温度可提高热效率B．单热源热机是不可能实现的C．在相同温限下，一切不可逆循环的热效率都低于可逆循环D．在相同温限下，一切可逆循环的热效率均相同18. 卡诺循环是B CA．由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环B．热效率最高的循环C. 热源与冷源熵变之和为零的循环D．输出功最大的循环19. 卡诺定理指出: ABCDA．在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆机的热效率均相同B．在相同高温热源和低温热源间工作的一切不可逆机的热效率必小于可逆机的热效率C．单热源热机是不可能成功的D．提高T1降低T2可以提高t20. A是可逆机，B是不可逆机。
热力学第二定律练习题及答案
热力学第二定律练习题一、是非题，下列各题的叙述是否正确，对的画√错的画×1、热力学第二定律的克劳修斯说法是：热从低温物体传给高温物体是不可能的 ( )2、组成可变的均相系统的热力学基本方程 d G =－S d T ＋V d p ＋d n B ，既适用于封闭系统也适用于敞开系统。
（ ）3、热力学第三定律的普朗克说法是：纯物质完美晶体在0 K 时的熵值为零。
( )4、隔离系统的熵是守恒的。
（ ）5、一定量理想气体的熵只是温度的函数。
（ ）6、一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。
（ ）7、定温定压且无非体积功条件下，一切吸热且熵减少的反应，均不能自发发生。
( )8、系统由状态1经定温、定压过程变化到状态2，非体积功W ’<0，且有W ’>G 和G <0，则此状态变化一定能发生。
（ ）；9、绝热不可逆膨胀过程中S >0，则其相反的过程即绝热不可逆压缩过程中S <0。
（ ） 10、克-克方程适用于纯物质的任何两相平衡。
（ ） 11、如果一个化学反应的r H不随温度变化，则其r S 也不随温度变化， （ ）12、在多相系统中于一定的T ，p 下物质有从化学势较高的相自发向化学势较低的相转移的趋势。
（ ） 13、在10℃， kPa 下过冷的H 2O ( l )凝结为冰是一个不可逆过程，故此过程的熵变大于零。
（ ） 14、理想气体的熵变公式只适用于可逆过程。
（ ）15、系统经绝热不可逆循环过程中S = 0，。
（ ）二、选择题1 、对于只做膨胀功的封闭系统的(A /T )V 值是：（ ）（1）大于零 （2） 小于零 （3）等于零 （4）不确定…2、 从热力学四个基本过程可导出VU S ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭=（ ）(1) (2) (3) (4) T p S pA H U G V S V T ∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭3、1mol 理想气体（1）经定温自由膨胀使体积增加1倍；（2）经定温可逆膨胀使体积增加1倍；（3）经绝热自由膨胀使体积增加1倍；（4）经绝热可逆膨胀使体积增加1倍。
热力学第二定律(习题)
热力学第二定律(习题)一、选择题1．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是（）．A．热力学第一定律指出内能能够与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B．内能能够转化为其他形式的能，只是会产生其他阻碍，故两条定律并不矛盾C．两条定律差不多上有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D．事实上，能量守恒定律差不多包含了热力学第一定律和热力学第二定律2．以下哪个现象不违抗热力学第二定律（）．A．一杯热茶在打开盖后，茶会自动变得更热B．没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是100%C．桶中浑浊的泥水在静置一段时刻后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D．热量自发地从低温物体传到高温物体3．下列关于能量耗散的说法，正确的是（）．A．能量耗散使能的总量减少，违抗了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的D．能量耗散导致能量品质的降低4．关于能源，以下说法中正确的是（）．A．煤、石油、天然气等燃料的化学能实际上是太阳能转化而成的B．能源的利用过程，实质上是能的转化和转移的过程C．到目前为止，人类所利用的所有能源实际上差不多上太阳能转化而成的D．核能和地热能来自地球本身5．当前世界上日益严峻的环境问题要紧源于（）．A．温室效应B．厄尔尼诺现象C．人类对环境的污染和破坏D．火山喷发和地震6．下列叙述中不正确的是（）．A．市区禁止摩托车通行是为了提高城区空气质量B．无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏C．大气中CO2含量的增多是引起温室效应的要紧缘故D．“白色污染”是当前环境爱护亟待解决的问题之一7．如图所示为电冰箱的工作原理图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．那么，下列说法中正确的是（）．A．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸取热量B．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量C．在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并吸取热量D．在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并放出热量8．下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是（）．A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增人的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵可不能减小9．第二类永动机不可能制成，这是因为（）．A．违抗了能量守恒定律B．热量总是从高温物体传递到低温物体C．机械能不能全部转变为内能D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化10．装有浑浊黄河水的杯子置于与它温度相同的绝热容器中，过一段时问，泥沙沉淀，则杯中水温将（）．A．升高B．不变C．下降D．无法确定二、填空题11．热量会自动地从________传给________，但可不能自发地从_____ ___传给________，这说明：热传导的过程是有________的，那个过程能够向一个方向自发地进行，然而向相反的方向不能________地进行，要实现相反方向的过程，必须有________，因而产生________或引起________．12．依照热力学定律和分子动理论，可知理想气体在温度升高时，内能（填：不变、增大、减小）；第二类永动机不可能制成的要紧缘故是违抗了13．只要确定了________，符合那个________的就叫做有序，有序和无序是相对的．无序意味着各处都一样，没有差别，而有序则相反．14．假如一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说那个“宏观态”是比较________．三、解答题15．依照你对熵增加原理的说明，举出一些系统从有序变为无序的例子．16．有一座瀑布的高度是50 m，流量为12 m3／s，打算在瀑布底部利用水流能发电，设在瀑布顶处水流速率与从发电机处水轮机内流出速率相等，且水流能有65％被利用，求安装的发电机功率最多多大？（g取10 m／s2）17．水能是可再生能源，可连续地利用它来发电，为人类提供“清洁”的能源，若一水力发电站水库的平均流量为Q（m3／s），落差为h，发电效率为 ，则全年发电量（kW·h）是多少？（g取10m／s2）【答案与解析】一、选择题1．【答案】B【解析】热力学第一定律和热力学第二定律并不矛盾，机械能和内能的转化具有方向性，故B选项正确．2．【答案】C【解析】茶可不能自发地变得更热，选项A错误；不管什么样的热机，效率永久可不能达到100%，选项B错误；热量可不能自发地从低温物体传到高温物体，选项D错误。
第五章 热力学第二定律课后答案
过程 1→a，a→2 均为可逆绝热过程，因此有
= δ q1 0= , δ q2 0 所以对于整个循环有： wnet = q1−2 ，由于 T=2 T=1 T ，即仅从一
个热源吸热将之全部转换为功，这违反了热力学第二定律，因此 在状态参数坐标图上的两条可逆绝热线不可能相交。
热泵的供暖系数为
= e ′ q= Q1 T1 qWnet T1 − T2
因此热源最多能得到的热量为
qQ1
= qWnet T1 T−1T2
= 1kW × 433K 433K − 363K
= 6.19kW
5-5 试证明：同一种工质在状态参数坐标图（如 p-v 图）上的两条可逆绝热线不可能相交（提 示：如果相交，可导出违反热力学第二定律的结果）。 解：如图所示，设可逆绝热线s1与s2相交于点a，令 1→a→2→1 构成循环。
38 / 78
解：（1）循环的 p-v 图及 T-s 图如下所示
（2）1→2 位绝热过程，因此有
κ
1.4
p1
= p2 TT12
1−κ
= 0.1MPa
×
300K 1500K
1−1.4
= 27.95MPa
（3）1mol 该理想气体的吸热量为
q1,m
=C p,m
(T1
− T3 )
=7 2
R (T1
循环的热效率为
= ηt
w= net , m q1,m
20870.2J= /mol 34920.9J/mol
59.76%
（4）循环的热效率的表达式可以改写为
ηt
=
wnet wnet + q2
39 / 78
《热力学第二定律》习题及答案
《热力学第二定律》习题及答案选择题1．ΔG=0 的过程应满足的条件是(A) 等温等压且非体积功为零的可逆过程 (B) 等温等压且非体积功为零的过程 (C) 等温等容且非体积功为零的过程(D) 可逆绝热过程 答案：A2．在一定温度下，发生变化的孤立体系，其总熵（A ）不变 (B)可能增大或减小(C)总是减小(D)总是增大答案：D 。
因孤立系发生的变化必为自发过程，根据熵增原理其熵必增加。
3．对任一过程，与反应途径无关的是(A) 体系的内能变化 (B) 体系对外作的功 (C) 体系得到的功 (D) 体系吸收的热 答案：A 。
只有内能为状态函数与途径无关，仅取决于始态和终态。
4．下列各式哪个表示了偏摩尔量： (A),,j i T p n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ (B) ,,j i T V n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ (C) ,,j i T V n A n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ (D) ,,ji i T p n n μ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ 答案：A 。
首先根据偏摩尔量的定义，偏导数的下标应为恒温、恒压、恒组成。
只有A和D 符合此条件。
但D 中的i μ不是容量函数，故只有A 是偏摩尔量。
5．氮气进行绝热可逆膨胀ΔＵ＝０ (B) ΔＳ＝０ (C) ΔA ＝０ (D) ΔＧ＝０答案：B 。
绝热系统的可逆过程熵变为零。
6．关于吉布斯函数G, 下面的说法中不正确的是(A)ΔG ≤W'在做非体积功的各种热力学过程中都成立(B)在等温等压且不做非体积功的条件下, 对于各种可能的变动, 系统在平衡态的吉氏函数最小(C)在等温等压且不做非体积功时, 吉氏函数增加的过程不可能发生(D)在等温等压下,一个系统的吉氏函数减少值大于非体积功的过程不可能发生。
答案：A 。
因只有在恒温恒压过程中ΔG ≤W'才成立。
7．关于热力学第二定律下列哪种说法是错误的(A)热不能自动从低温流向高温(B)不可能从单一热源吸热做功而无其它变化(C)第二类永动机是造不成的(D 热不可能全部转化为功答案：D 。
大学《物理化学》第二定律练习题
《物理化学》热力学第二定律练习题1.在两个不同温度的热源之间工作的热机以卡诺热机的效率最大。
判断正确和错误：________。
(√)2.卡诺热机的效率只与两个热源的温度有关而与工作物质无关。
判断正确和错误：________。
(√)3.卡诺热机在T 1=600K 的高温热源和T 2=300K 的低温热源间工作,其热机效率________。
(η=0.5)30011600L R H T T η=-=-卡诺定律：R ηη≤4.改正下列错误（1）在一可逆过程中熵值不变； （2）在一过程中熵变是QS Tδ∆=⎰；（3）亥姆赫兹函数是系统能做非体积功的能量； （4）吉布斯函数是系统能做非体积功的能量； （5）焓是系统以热的方式交换的能量。
答：（1）在绝热可逆过程中熵值不变。
(绝热可逆过程即为等熵过程)（2）在一过程中熵变是rQ S Tδ∆=⎰；(QS Tδ∆≥⎰)（3）在恒温恒容条件下，亥姆赫兹函数是系统能做非体积功的能量；,T V A W '∆≤(=：可逆；>：不可逆) ； ,T V A W '∆≥(=：可逆；>：不可逆)在恒温条件下，亥姆赫兹函数是系统能做功的能量T A W ∆≤(=：可逆；<：不可逆) ； T A W ∆≥(=：可逆；>：不可逆)（4）在恒温恒压条件下，吉布斯函数是系统能做非体积功的能量；,T p G W '∆≤(=：可逆；<：不可逆) ,T p G W '∆≥(=：可逆；>：不可逆)（5）焓没有明确的物理意义。
在封闭系统、恒压且不做非体积功的情况下，焓的增量等于恒压热，即∆H ＝Qp 。
5指出下列过程中△U ，△H , △S , △A , △G 何者为零。
⑴ 理想气体不可逆恒温压缩； ⑵ 理想气体节流膨胀；⑶ 实际流体节流膨胀； ⑷ 实际气体可逆绝热膨胀； ⑸ 实际气体不可逆循环过程； ⑹ 饱和液体变为饱和蒸气； ⑺ 绝热恒容没有非体积功时发生化学变化； ⑻ 绝热恒压没有非体积功时发生化学反应。
热力学第二定律练习题
三、填空题 1．指出下列各过程中，物系的∆U、∆H、∆S、∆A、∆G中何者 为零？ ⑴ 理想气体绝热自由膨胀过程；( ) ⑵ 实际气体节流膨胀过程；( ) ⑶ 理想气体由(p1,T1)状态绝热可逆变化到(p2,T2)状态； ( ) ⑷ H2和Cl2在刚性绝热的容器中反应生成HCl；( ) ⑸ 0℃、pθ 时，水结成冰的相变过程；( ) ⑹ 理想气体卡诺循环。( )
4. 选择“＞”、“＜”、“＝”中的一个填入下列空格 理想气体恒温可逆压缩 △S _____ 0，△G _____ 0。
5. 选择“＞”、“＜”、“＝”中的一个填入下列空格 若反应 C(s) + O2(g) = CO2(g) 在恒温、恒压条件下发生， 其 △rHm< 0，若在恒容绝热反应中发生，则 △rUm _____ 0， △rSm _____ 0。 6. 选择“＞”、“＜”、“＝”中的一个填入下列空格 理想气体经节流膨胀△U ___0， △S ___ 0，△G ___ 0。 7. 实际气体经节流膨胀后△S 0。
J 。
四、选择题
1. 理想气体绝热向真空膨胀，则 ( ) (A) △S = 0，W = 0 (B) △H = 0，△U = 0 (C) △G = 0，△H = 0 (D) △U = 0，△G = 0
2. 熵变 △S 是 (1) 不可逆过程热温商之和 (3) 与过程无关的状态函数 以上正确的是（ ） (A) 1，2 (B) 2,3
一、判断题 1. 熵增加的过程一定是自发过程。
2. 绝热可逆过程的△S=0，绝热不可逆膨胀过程的△S>0，绝热 不可逆压缩过程△S<0 。 3. 平衡态熵最大 。 4. 自发过程的方向就是系统混乱度增加的方向。 5. 吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。 7. 系统由V1膨胀到V2, 其中经过可逆途径时做的功最多。 8. 过冷水结冰的过程是在恒温，恒压，不做其他功的条件下进 行的，由基本方程可得△G=0。 9. 理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以-pdV=0， 此过程温度不变dU=0，代入热力学基本方程dU=TdS-pdV，因而 可得dS=0，为恒熵过程 。
热力学第二定律练习题及问题详解
热力学第二定律练习题一、是非题，下列各题的叙述是否正确，对的画√错的画×1、热力学第二定律的克劳修斯说法是：热从低温物体传给高温物体是不可能的( )2、组成可变的均相系统的热力学基本方程d G=－S d T＋V d p＋d n B，既适用于封闭系统也适用于敞开系统。
（）3、热力学第三定律的普朗克说法是：纯物质完美晶体在0 K 时的熵值为零。
( )4、隔离系统的熵是守恒的。
（）5、一定量理想气体的熵只是温度的函数。
（）6、一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。
（）7、定温定压且无非体积功条件下，一切吸热且熵减少的反应，均不能自发发生。
( )8、系统由状态1经定温、定压过程变化到状态2，非体积功W’<0，且有W’>D G和D G <0，则此状态变化一定能发生。
（）9、绝热不可逆膨胀过程中D S >0，则其相反的过程即绝热不可逆压缩过程中D S <0。
（）10、克-克方程适用于纯物质的任何两相平衡。
（）11、如果一个化学反应的r H不随温度变化，则其r S也不随温度变化，（）12、在多相系统中于一定的T，p下物质有从化学势较高的相自发向化学势较低的相转移的趋势。
（）13、在10℃，101.325 kPa下过冷的H2O ( l )凝结为冰是一个不可逆过程，故此过程的熵变大于零。
（）14、理想气体的熵变公式只适用于可逆过程。
（）15、系统经绝热不可逆循环过程中S= 0，。
（）二、选择题1 、对于只做膨胀功的封闭系统的(¶A/¶T)V值是：（）（1）大于零 （2） 小于零 （3）等于零 （4）不确定 2、 从热力学四个基本过程可导出VU S ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭=（ ） (1) (2) (3) (4) T p S pA H U G V S V T ∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 3、1mol 理想气体（1）经定温自由膨胀使体积增加1倍；（2）经定温可逆膨胀使体积增加1倍；（3）经绝热自由膨胀使体积增加1倍；（4）经绝热可逆膨胀使体积增加1倍。
热力学第二定律习题
第二章 热力学第二定律习题1. 1L 理想气体在3000 K 时压力为1519.9 kPa ，经等温膨胀最后体积变到10 dm 3，计算该过程的W max 、ΔH 、ΔU 及ΔS 。
解：22max 1111210lnln 1519.91ln103499.73499.7ln1.167/3000H U V V W nRT p V V V J V S nR J K V ∆∆=-=-=-⨯=-∆===等温膨胀，＝＝当等温可逆膨胀时，体系对环境做功最大：2. 1mol H 2在300K 从体积为1dm 3向真空膨胀至体积为10 dm 3，求体系的熵变。
若使该H 2在300K 从1dm 3经恒温可逆膨胀至10 dm 3其熵变又是多少？由此得到怎样的结论？解：真空膨胀为不可逆过程，要计算熵变，必须先设计可逆过程，即等温可逆膨胀过程，ΔS = nR ln(V 2/V 1)＝1×8.314×ln10 = 19.14J/K对于等温可逆膨胀，不需设计可逆过程，直接计算，由于两步的始态和终态相同，所以等温可逆膨胀的熵变也等于19.14J/K 。
结论：只要体系的始态和终态相同，不管是可逆过程还是不可逆过程，体系熵变相同。
3. 0.5 dm 3 343K 水与0.1 dm 3 303K 水混合，求熵变。
解：水的混合过程为等压变化过程，用ΔS = n C p,m ln(T 2/T 1)计算，同时熵是广度性质的状态函数，具加和性，熵变ΔS 等于高温水的熵变ΔS h 加上低温水的熵变ΔS c 。
先计算水终态温度，根据高温水放出的热量等于低温水吸收的热量来计算，设终态水温为T 终。
Q = n C p,m (T 2 - T 1) = (0.1ρ/M ) C p,m (T 终-303) = (0.5ρ/M ) C p,m (343-T 终) T 终 = 336.3KΔS = ΔS h +ΔS c = (0.5ρ/M ) C p,m ln(336.3/343) + (0.1ρ/M ) C p,m ln(336.3/303) = (0.5×103/18)×75.31 ln(336.3/343) + (0.1×103/18)×75.31 ln(336.3/303) = 2.35J/K4.有473K的锡0.25kg,落在283K1kg的水中，略去水的蒸发，求达到平衡时此过程的熵变。
第五章 热力学第二定律 习题
方法1：循环1231是多热源循环，先求 T1
s12 c p ln T2 p T Rg ln 2 c p ln 2 T1 p1 T1
T2 p2 s c p ln Rg ln Rg ln 2 T1 p1 p2 qR RgT1 ln RgT1 ln 2 p1 2 δq 2 δq qR RgT1 ln 2 sf Rg ln 2 1 T 1 T T0 T0 r 0
s sf sg
I T0 siso
200kg/h 1.01kJ/(kg K) 580K 399.86kJ/(K h) 293K
293K 399.86 220.54 kJ/(K h) 52540.76kJ/h 14.59kW
表明废气最充分利用仅有14.59kW，若机器全部可逆 方案可实现，但由于必存在不可逆性，因此方案不可实现
873K 200kg/h 1.01kJ/(kg K) 600 20 K 293K 1.01kJ/(kg K) ln 293K
52542.9kJ/h 14.59kW
由于存在不可逆性实际机器W<Wu,max，故方案不现实。
1.2RgT1 ln 2 dq qIR 1.2Rg ln 2 Tr Tr T0
例5-8 一封闭的绝热气缸，用无摩擦的绝热活塞把气缸分为 A、B两部分，且各充以压缩空气。开始时用销钉固定 活塞， 使VA=0.3m3,VB=0.6m3 。这时pA=4bar,tA=127℃, pB=2bar,tB=127℃。然后拔去销钉，让活塞自由移动， 而B内气体受压缩。设B部分气体压缩过程的效率为95% ，试求在A、B两部分气体达到压力相同的过程中，两部 分气体各自熵的变化以及总的熵的变化，并分析过程的 不可逆因素何在。 解：
热力学第二定律
热力学第二定律————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:热力学第二定律练习题一、是非题,下列各题的叙述是否正确,对的画√错的画×1、热力学第二定律的克劳修斯说法是:热从低温物体传给高温物体是不可能的( )２、组成可变的均相系统的热力学基本方程ｄＧ=-S d T+Vｄp＋∑=1BBμｄｎB，既适用于封闭系统也适用于敞开系统。
（）3、处在对应状态的两种不同气体,各自对于理想气体行为的偏离程度相同。
( )。
4、热力学第三定律的普朗克说法是:纯物质完美晶体在０K 时的熵值为零。
()5、隔离系统的熵是守恒的。
（)6、一定量理想气体的熵只是温度的函数。
()7、绝热过程都是定熵过程。
( )8、一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。
（）9、定温定压且无非体积功条件下，一切吸热且熵减少的反应,均不能自发发生。
( )10、系统经历一个不可逆循环过程，其熵变> 0。
( ）11、系统由状态1经定温、定压过程变化到状态２,非体积功W’＜0,且有W’>∆G和∆G＜0，则此状态变化一定能发生。
（)12、绝热不可逆膨胀过程中∆S >0,则其相反的过程即绝热不可逆压缩过程中∆Ｓ＜0。
( )13、克-克方程适用于纯物质的任何两相平衡。
（)14、对于一定的始终态，可逆过程的熵变小于不可逆过程的熵变。
( )15、如果一个化学反应的∆r H不随温度变化，则其∆r S也不随温度变化, （)16、一定温度下的乙醇水溶液，可应用克—克方程式计算其饱和蒸气压。
( ）１７、只要始、终状态一定，不管由始态到终态进行的过程是否可逆，熵变就一定。
（)1８、在多相系统中于一定的T,ｐ下物质有从化学势较高的相自发向化学势较低的相转移的趋势。
( ) 19、在-10℃,１01.３２5ｋPa下过冷的H2O ( l )凝结为冰是一个不可逆过程，故此过程的熵变大于零。
工程热力学复习参考题-第五章
第五章 热力学第二定律一、选择题1 制冷循环工质从低温热源吸热q 2,向高温热源放热q 1，其制冷系数等于AA ． 212q q q - B ． 211q q q - C ． 221q q q - D ．121q q q - 2.供暖循环工质从低温热源吸热q 2, 向高温热源放热q 1，其热泵系数等于 BA ．212q q q - B ． 211q q q - C ．221q q q - D ．121q q q - 3.卡诺制冷循环的高温热源为温度T 0环境，低温热源温度为T 1，其制冷系数εc ＝ AA ．101T T T -B ．100T T T -C ．1- 10T TD ．1-01T T 4.卡诺供暖循环的冷源温度为T 0环境，热源温度为T 1，其热泵系数COP ＝ AA ．011T T T -B ．010T T T -C ．1-10T TD ．1-01T T 5.制冷系数ε的取值范围为DA ．大于1B ．大于1或等于1C ．小于1D ．大于1， 等于1或小于16.热泵系数COP 的取值范围为AA ．大于1B ．小于1或等于1C ．小于1D ．大于1，等于1或小于17.可逆循环的热效率与不可逆循环的热效率相比， DA ．前者高于后者B ．两者相等C ．前者低于后者D ．前者可以高于、等于、低于后者8.在两个恒温热源T 1和T 2之间（T 1> T 2）,概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环的热效率相比， BA ．前者高于后者B ．两者相等C ．前者低于后者D ．前者可以高于、等于、低于后者9.多热源可逆循环工质的最高温度为T 1，最低温度为T 2，平均吸热为1T ，平均放热温度为2T ，则其循环热效率为BA ．1-12T TB ．1－12T TC ．1- 2211T T T T --D ．1- 1122T T T T --10. 对于可逆循环，⎰T q δ B D A ．>0 B ．=0C ．<0D ．＝⎰ds 11. 不可逆循环的⎰T q δ C A ．>0 B ．=0C ．<0D ．≤0 12. 热力学第二定律指出C DA ．能量的总量保持守恒B ．第一类永动机不可能成功C ．热不能全部变为有用功D ．单热源热机不可能成功13. 理想气体经可逆定容过程从T 1升高到T 2，其平均吸热温度12T ＝ AA ．(T 2-T 1)/ln 12T T B ．C v (T 2-T 1)/ln 12T T C ．(T 2-T 1)/ C v ln 12T T D ．221T T + 14. 1～A ～2为不可逆过程，1～B ～2为可逆过程，则C DA ．⎰21A Tqδ>⎰21B T q δ B ．⎰21A T q δ=⎰21B T q δ C ．⎰21A T q δ<⎰21B T q δ D ．⎰21A ds ＝ ⎰21B ds 15. 自然现象的进行属于BCDA．.................................................................................................... 可逆过程B．不可逆过程C．具有方向性过程D．自发过程16. 克劳休斯关于热力学第二定律的表述说明CDA．热不能从低温物体传向高温物体B．热只能从高温物体传向低温物体C．热从低温物体传向高温物体需要补偿条件D．热只能自发地从高温物体传向低温物体17. 对卡诺循环的分析可得到的结论有: ABDA．提高高温热源温度降低低温热源温度可提高热效率B．单热源热机是不可能实现的C．在相同温限下，一切不可逆循环的热效率都低于可逆循环D．在相同温限下，一切可逆循环的热效率均相同18. 卡诺循环是B CA．由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环B．热效率最高的循环C. 热源与冷源熵变之和为零的循环D．输出功最大的循环19. 卡诺定理指出: ABCDA．在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆机的热效率均相同B．在相同高温热源和低温热源间工作的一切不可逆机的热效率必小于可逆机的热效率C．单热源热机是不可能成功的D．提高T1降低T2可以提高t20. A是可逆机，B是不可逆机。
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5.8冬季利用热泵从大气中抽取热量用以维持15℃的室温。 当室内温度与大气温度相差1 ℃时，通过墙壁与大气交换 的热流量约0.65W/K，求： (1)如果大气温度为一15 ℃ ，驱动热泵所需的最小功 率是多少。 (2)夏季，将同一台热泵用于室内空调，热泵输入功率及 温差为1 ℃时通过墙壁与大气交换的热量同上。如要维持 室温15 ℃ ，问最大允许的大气温度是多少度?
热源温度 Tr1 400K 时，热源熵变
Sr1 Q1 7657.75 19.14 KJ / K Tr1 400
总熵变 S1 Sr1 S 0
此过程完全可逆，因此孤立系统熵增为零。
（b）因为过程中无摩擦损耗，因此气体压缩所需要的功及 放出的热量与（a）相同，即
Q2 W2 7657.75KJ
解：由题意画出示意图，见右侧 （1）将200KJ的热直接从400K恒温热源A传给300K的 大气时
SA
S0
Q 200 0.5KJ / K TA 400
Q 200 0.667 KJ / K T0 300
热源A与大气组成的系统熵变为
S1 SA S0 0.167KJ / K
第五章 热力学第二定律 练习题
5.1、填空题 （1）不需要任何条件而可单独地自动进行的过程称为 （），这类过程都是（）。 （2）不可逆循环的热效率，必定低于（）可逆循环的热 效率。 （3）写出三种热力学第二定律的数学表达式（）、（）、 （）。 （4）孤立系统的熵可以（），也可以（），但不可能 （）。
5.2是非判断及改错题： （1）只有一个热源是不可能实现热变功的。 （2）所有可逆循环的热效率 i都等于 1 T2 / T1 。 （3）任何不可逆循环都必有 q / T 0 。 （4）系统没有从外界吸热，系统的熵不可能增大。 （5）自发过程是不可逆的。 （6）使系统熵增加的过程一定是不可逆过程。 Q S （7）系统经过一个可逆过程后，其熵变为 T （8） 工作在温度分别为 T1 和 T2 的两个相同恒温热源间 的一切热机，其循环热效率均相等。
S 19.14 KJ / K
热源温度 TR2 300K
时，热源熵变
总熵增
Sr2
7657.75 25.53KJ / K 300
S2 Sr 2 S 6.39KJ / K 0
可见，由于温差引起整个系统不可逆性 （c）由于过程中有摩擦损耗，比可逆压缩多消耗20%的功， 则此过程中功与热量为
由热力学第一定律知
W pdV pV ln 8.03143 400 ln 7657.75KJ p1 p RT ln 1 p2 p2 100 1000
故
U 0
Q1 W1 7657.75KJ
气体定温过程熵变为
S R ln p2 1000 8.3143ln 19.14 KJ / K p1 100
Q
Tr
26.7 KJ / K
5.13 若系统从A态出发，经不可逆绝热过程到达B态。 试证该系统从A态出发经可逆绝热过程不可能到达B态。 由熵变表达式 dS Q
Tr
对于绝热过程
dS 0
系统从A态出发，经过不可逆过程到达B态，则
S AB SB S A 0
所以
SB S A
或
Q 100 Sg 0.261W / K T 383
5.17求出下述情况下，由于不可逆性引起的作功能力损失。 已知大气 p0 101325 pa，温度 T0 为300K。 （1）将200KJ的热直接从 pA p0 、温度为400K的恒温 热源传给大气。 （2）将200KJ的热直接从大气传向 pB p0 、 温度200K恒温热源B。 （3）200KJ的热直接从热源A传给热源B。
1
Q2 4000 SL 10 KJ / K T2 400
所以 Siso SH + SL SE 10KJ / K 0
因此，此循环为不可逆循环。
5.10是判断如下图（a）所示的可逆循环 Q3 的大小与方向， 循环净功W的大小与方向以及 Q 2 的方向。
第一种情况，设循环自 T2 200K的热源吸热如图（b）对于 可逆循环，克劳修斯积分
S1 Q 100 0.181KJ / K T1 553
热源放热，熵变为负值
同理，为求热源 T2 的熵变设在 T1 和 T2 之间有一蓄热器，温 度为 T2' T2 553K 热源 T2 的熵变
Q S2 T2
孤立系统总熵变化 Q Q S S1 +S2 0.1789KJ / K 0 T1 T2
'
于是 288 0.65 （T -288）=2.03 （ ' ） T0 288
' 0
2.03 288 （T -288） 899.5 0.65
' 0 2
T 318K
' 0
5.9 某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作．如下图 所示，试判断是热机循环？还是制冷循环？是可逆循环？ 还是不可逆循环？ 解：根据热力学第一定律，无沦是热机机循环．还是制冷 循环；
Tr
T1
T2
700
400
10 KJ 0
根据克劳修斯不等式知，此循环是如图（c）所示的不可逆制 冷循环
方法二 用孤立系统熵增原理判断 取热源、冷源及循环工质为孤立系．设如图（b）所示热 机循环．则
Q1 14000 热源熵变 SH 20 KJ / K T1 700
Q2 4000 冷源熵变 SL 10 KJ / K T2 400
热机工质熵变 热源熵变 SE 0
那么,孤立系统熵变 Siso SH + SL SE 10KJ / K
根据孤立系统熵变原理，次热机循环不可能。
如图（c）所示的制冷循环 Q 14000 SH 20 KJ / K T1 700 SE 0
此传热过程引起的作功67 50.1KJ
（2）200KJ的热直接从大气传向200K恒温热源B时.
Q 200 SB 1KJ / K TB 200 Q 200 S0 0.667 KJ / K T0 300 S2 S0 SB 0.333KJ / K
Q3 W3 9189.30KJ
S 19.14 KJ / K
热源温度 Tr 3 300K 时，热源熵变
总熵增
Sr3 9189.30 30.63KJ / K 300
S3 Sr 3 S 21.49KJ / K
讨论： （1）（a）为可逆总熵为0，（b）（c）不可逆过程，总熵 增加。 （2）不可逆程度越大，则总熵增越大。 （3）熵是状态参数，与过程无关。
此过程不可逆引起的作功能力损失为
T0S2 300 0.333 100KJ
（3）200KJ直接从恒温热源A传给恒温热源B则
Q 200 SA 0.5KJ / K TA 200
Q 200 SB 1KJ / K TB 300
S3 SA SB 0.5KJ / K
若可逆过程终态为 B' 则
S AB' SB' S A 0
所以 因此
SB' S A
SB' SB
'
因为熵是状态参数,所以 B 和B不是同一个状态。因此证 明系统由A 态出发经历可逆绝热过程不可能到达不可逆绝热 过程的终态。
5.14 从553K的热源直接向278K的热源传热．如果传热量为 100KJ,此过程中总熵变化是多少? 解：选取两热源组成的孤立系统 为求热源 T1 的熵变，设在 T1 和 T2 之间 有一蓄热器，温度为T1' T1 553K 如右图 先求热源 T1 的熵变
Q
Q1 Q2 Q3 0 Tr T1 T2 T3
Q3 1500KJ
解得
W Q1 Q2 Q3 300 KJ
第二种情况，若设循环向 T2 200K 的热源吸热 Q2 对于可逆循环，克劳修斯积分
800 KJ
如（c）
即 解得
Q
Q1 Q2 Q3 0 Tr T1 T2 T3
5.15在有活塞的气缸装置中，将1kmol理想气体在400K下从 100kPa缓慢地定温压缩到1000kPa，计算下列三种情况 下此过程的气体熵变、热源熵变和总熵变。 （a）过程中无摩擦损耗，而热源的温度也为600K。 （b）过程中无摩擦损耗，热源的温度为300K。 （c）过程中无摩擦损耗，比可逆压缩多消耗20%的功，热 源温度为300K。 解：（a）因为过程中无摩擦损耗，气缸中1kmol的理想气 体的压缩过程为可逆过程，所消耗的功
作功能力损失为
T0S3 300 0.5 150KJ
5.16 温室内100W电灯泡的表面温度为110，试确定此灯 泡在稳定工作的的熵产率． 解：认为此电灯泡为一封闭系统．由于稳定工作，其热力学 状态不变，于是有 U=常数 S=常数 由热力学第一定律
Q W U 0
或
Q P 100W
按熵平衡方程有
Q S S g 0 T
5.3 如果一台窗式空调机放在室内桌子上运行，问室温上升、 下降、还是维持不变？ 5.4 制冷循环的性能系数能否小于1或大于1？那么对热泵循 环的性能系数又咋样? 5.5 某人声称用120℃的高压水蒸气通过传热将少量的水的温 度提高到150℃。这合理吗？ 5.6 用热泵对房子采暖，其性能系数为2.5。即，热泵没消耗 1kWh电力就给房间供热2.5Wh。这是否违反第一定律？ 为什么？ 5.7 某人声称开发出电阻加热器每消耗1kwh电力就给房间供 热1.2wh。这合理吗?是永动机吗？为什么？