教师用习题解答第5章

思 考 题

5.1 当热力学系统处于非平衡态时，温度的概念是否适用？ 答：温度的概念是指处在同一热平衡状态下的所有热力学系统，在宏观上都具有的一种共同的物理性质。所以在非平衡态时温度的概念不适用。

5.2 内能和热量的概念有何不同？下面两种说法是否正确？ （1）物体的温度愈高，则热量愈多； （2）物体的温度愈高，则内能愈大。

答：内能指物体内所有分子作无规则运动时，分子动能和分子势能的总和。热量是在热传导方式下物体之间所交换能量的计量。所以（1）的说法不正确；（2）的说法正确。

5.3 什么是热力学系统的平衡态？气体在平衡态时有何特征？当气体处于平衡态时还有分子热运动吗？

答：不受外界影响的条件下宏观性质处于不随时间改变的系统状态叫做平衡态．．．。气体处于平衡态时,整个系统热平衡（各部分温度相等）；力平衡（各部分压强相等）；化学平衡和相平衡（浓度均匀，组成不随时间变化）。分子热运动始终存在。

5.4 试说明为什么气体热容的数值可以有无穷多个？什么情况下气体的热容为零？什么情况下气体的热容是无穷大？什么情况下是正值？什么情况下是负值？

答：气体热容的大小与气体升温的过程或条件有关。不同的热力学过程，热容的值都是不同的。因为变化过程可有无穷多个，所以气体热容的数值可以有无穷多个。绝热过程热容为零。等温过程热容为无穷大。系统温度升高，从外界吸热的热力学过程气体热容为正。系统温度升高，向外界放出热量的热力学过程气体热容为负。

5.5 有可能对物体加热而不致升高物体的温度吗？有可能不作任何热交换，而使系统的温度发生变化吗？

答：气体等温膨胀过程吸收外界热量而温度不变。存在对系统不作任何热交换而温度发生变化情况，如气体的绝热压缩过程。

5.6 讨论理想气体在下述过程中Q W E 、、∆的正负。

（1）等容降压；（2）等压压缩；（3）绝热膨胀。 答：（1）等容过程做功为零，W 为零。等容降压时温度下降，所以内能减少，E ∆为负。由热力学第一定律得Q 为负。

（2）压缩过程系统做负功，W 为负。等压压缩时温度下降，所以内能减少，E ∆为负。由热力学第一定律得Q 为负。

（3）绝热过程Q 为零。膨胀过程系统做正功，W 为正。由热力学第一定律得E ∆为负。

5.7 有人说，因为在循环过程中系统对外做的净功在数值等于p-V 图中封闭曲线所包围的面积，所以封闭曲线所包围的面积越大，循环效率就越高，对吗？

答：不正确，因为循环效率取决于系统对外做的净功和系统由高温热源吸收的热量，只有在从高温热源吸收的热量一定的情况下，封闭曲线所包围的面积越大，即系统对外所做的净功越多，循环效率越高，如果从高温热源吸收的热量不确定，则循环效率不一定越高。

5.8 温度差对于热机的驱动是否是必须的，为什么？

答：温度差对于热机的驱动是必须的，因为根据热力学第二定律，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热源

5.9 夏天将冰箱的门打开，让其中的冷空气出来为室内降温，这种方法可取吗？

答：不可取，因为电冰箱是对低温端的利用，它在从低温端吸收热量的同时，还要向高温端放出热量，且放出的热量大于从低温端带走的热量，因此打开冰箱门不仅不能降低室温，相反，会使室温升高。

5.10 判别下列说法是否正确：

（1）功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功；

（2）热量能从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体。

答：（1）不正确。因为气体的等温膨胀过程热就可以全部转化为功

（2）不正确。因为如果外界对气体做功，热量就能从低温物体传到高温物体。

5.11 从原理上讲如何计算在始末状态之间进行不可逆过程所引起的熵变。

答：热力学过程的始末状态之间的熵变与具体的过程无关。对不可逆过程，可选取相同始末状态的可逆过程来计算熵变。

习 题

5．1 一热力学系统由如图所示的状态,a 沿acb 过程到达状态b 时，吸收了560J 的热量，对外做功356J 。（1）如果它沿adb 过程达到状态b 时，系统对外做功220J ，它吸收了多少热量？（2）当系统由b 状态沿曲线ba 返回状态a 时，外界对系统做功为282J ，试问系统是吸热还是放热？热量传递多少？

解： （1）J W Q E E acb acb a b 204356560=-=-=-

J W E E Q adb a b adb 424220204=+=+-=

（2）

J

W E E Q ba

b a ba 486)282(204-=-+-=+-=

（负号表示系统对外界放了486J 的热量）

5．2 64g 氧气的温度由273K 升至323K,（1）保持体积不变；（2）保持压强不变。在这两个过程中氧气各吸收了多少热量？各增加了多少内能？对外各做了多少功？

解：（1）J T C M Q m V V 3,1008.227332331.82

5

3264⨯=-⨯⨯⨯=∆=）（μ

J Q E V 31008.2⨯==∆

W=0

（2）J T C M Q m p p 3,1091.227332331.82

253264⨯=-⨯⨯+⨯=∆=）（μ J Q E V 31008.2⨯==∆

J E Q W p 331083.010)08.291.2(⨯=⨯-=∆-=

5．3 10g 氦气吸收3

10J 的热量时压强未发生变化，它原来的温度是300K,最后的温度是多少？

解：由)(2

2

)(1212,T T R i M T T C M

Q m p p -+=

-=

μμ

，得

K RM i Q T T 31910

31.8)23(4

102300)2(2312=⨯⨯+⨯⨯+=++=μ

习题5.1图