工程热力学习题答案(全)

课后思考题及习题答案

思考题1-2： 否，

闭口是说没有物质交换

绝热是说没有热量交换没有排除做功的可能，所以不是孤立系统。 思考题1-7：

否，稳定但不平衡，平衡的概念是内外同时建立热和力的平衡，显然铁棒上各点的温度并不相同，即存在热的不平衡

习题1-3：

2

1

21111112

62

111

ln ln 0.5

0.5100.172ln

138.374kJ 0.1

v v

v p

p v p v v p p v w pdv dv v ==⨯⨯⨯====⎰⎰

习题1-4：

sin B P gl ρα=+

6310sin 0.1100.89.80720010sin30?=99215.44 Pa P B gl ρα-=-=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯３

习题1-5：

2

1

w pdv =⎰

1) p=定值：2

1

0.05

60.02

0.71021kJ v v p w dv dv ⨯===⎰⎰

；

2) pV=定值：

2

1

621112

111

0.05ln 0.7100.02ln 12.8kJ 0.02

v v

v

p v v p v w pdv dv v =⨯⨯⨯====⎰⎰　

习题1-7：

需由热泵向室内提供的热量为：

3

1700001024010019264.43600

Q ⨯=-⨯-= w

1

20

Q w ε=

10219264.4==3.8535

Q w ε=

kw 习题1-9：

1) 5

12010==3.9773600

Q w ε=⨯

2) 5210=107360074800Q Q w =--⨯= kJ/h 3) 1

27.783600

Q w == kw

思考题2-5：

甲与乙的看法都是错误的。首先依题意可知，如果瓶内氧气压力要减少一半，相应的质量也会减少一半。

对于甲的看法：虽然每次抽出的氧气体积不变，但是由于每抽气一次均会导致气瓶中的压力会有所有下降，每次抽出来的氧气质量也是不同的，甲的错误就在于认为每次抽出的来氧气质量会相同。

而对于乙的看法：乙则认为气瓶内氧气体积增大一倍，压力就会减半，但是在抽气过程中，瓶内氧气的质量是在改变的，因此其结论也是错误的。 ● 所抽次数的求解如下：

抽气前气瓶内氧气的状态参数为（p 0,v ,m 0），可求得原气瓶中氧气的质量m 0为：

300

0510p v p m RT RT

-⨯== 式 （1）

● 第一次抽气后，且第一次抽出的气体质量m 1，气瓶内氧气的状态参数为（p 1,v,m o -m 1），以气瓶和抽气筒为一个系统，则：

310(50.1)10p m RT -⨯+⨯= 式 （2）

结合式1和2，可得：

1055.1

p p = 式 （3）

而对于第一次抽出的气体，每次抽出的气体体积为v ‘=0.1L ：

3110.110p m RT -⨯⨯= 式 （4）

结合式可求得第一次抽气后气瓶的气体质量为（m 0-m 1）：

31

01510p m m RT

-⨯-=

式 （5） ● 第二次抽出的气体体积同样为v 2=0.1L ，质量为m 2，第二次抽气后气瓶内气体的压力为p 2，气瓶内气体质量则为（m 0-m 1-m 2），以气瓶和抽气筒为系统，则有：

3201(50.1)10p m m RT -⨯+⨯=-() 式 （6）

将式5代入式6，可得：

2

21055=5.1 5.1

p p p =（） 式 （7）

●

依此类推，第n 次抽气后气瓶中的氧气压力p n 为： 05

=()5.1

n n p p

所以，当0=0.5n p p =时，5

()=0.55.1

n ，求得n=35次

思考题2-8：

1) 否，因为p v c c R -=，即二者之间的差值只与其气体常数有关，不随温度变

化； 2) 由于1p v v

v v

c c R R

k c c c +=

=

=+，而c v 是与温度有关的，因此比热容比k 与温度是有关的。

思考题2-11： 1) 是的，i

i m g m

=

，所有各成分的质量相同时，相应的质量成份是相同的； 2) 摩尔成份不一定相同，因为11

n

n

i i

i

i i i i i n M M

m g x m nM

M

=====∑∑，即质量成分相同时，

摩尔成份还与各成份的摩尔质量有关。

习题2-3：

求被压入的二氧化碳CO 2质量。

解：令起始状态为1（P 1,V 1,T 1, m 1），终状态为2（P 2,V 2,T 2, m 2），被压入的二氧化碳CO 2质量即为m 2-m 1, 应用理想气体方程：PV mRT =,

11

11PV m RT =

,2222

PV m RT = 22

112121

PV PV m m RT RT -=

- 由题意可知：

V 2=V 1=3m 3 ，R=188.9 J/kg·K （查表2-1）

11g P p B =+，22g P

p B =+ 11273T t =+，22273T t =+

故：

22

11212121216

5

3

5

30.310+1.013103010+1.01310=12.02 kg

188.970+27345+273PV PV P P V m m RT RT R T T ⎛⎫-=

-=- ⎪⎝⎭

⎛⎫

⨯⨯⨯⨯=

- ⎪⎝⎭

习题2-6：

储气灌初始质量m 1：11

11

p v m RT =

储气灌终态时质量m 2： 22

22

p v m RT =

压缩机每分钟充入空气的质量：

0000

p v m RT =

由已知条件可知：p 1=p 0=0.1Mpa, T 1=T 2=T 0=273+15=288K, V 1=V 2=8.5m 3, V 0=3m 3 故所需时间t 为：