第13章-热力学基础习题及答案

第十三章习题 热力学第一定律及其应用
1、关于可逆过程和不可逆过程的判断： (1) 可逆热力学过程一定是准静态过程． (2) 准静态过程一定是可逆过程． (3) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程． (4) 凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程． 以上四种判断，其中正确的是 。

2、如图所示，一定量理想气体从体积V 1，膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A →B 等压过程，A →C 等温过程；A →D 绝热过程，其中吸热量最多的过程 。

3、一定量的理想气体，分别经历如图(1) 所示的abc 过程，(图中虚线ac 为等温线)，和图(2) 所示的def 过程(图中虚线df 为绝热线)．判断
这两种过程是吸热还是放热．
abc 过程 热，def 过程 热．
4、如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为p 0，右边为真空．今将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是 。

(=γ
C p /C V )
5、一定量理想气体，从同一状态开始使其体积由V 1膨胀到2V 1，分别经历以下 三种过程：(1) 等压过程；(2) 等温过程；(3)绝热过程．其中：__________过程
气体对外作功最多；____________过程气体能增加最多；__________过程气体吸收的热量最多．
V
V
答案
1、（1）（4）是正确的。

2、是A-B 吸热最多。

3、abc 过程吸热，def 过程放热。

4、P 0/2。

5、等压， 等压， 等压
理想气体的功、能、热量
1、有两个相同的容器，容积固定不变，一个盛有氦气，另一个盛有氢气（看成刚性分子的理想气体），它们的压强和温度都相等，现将5J 的热量传给氢气，使氢气温度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氨气传递热量是 。

2、 一定量的理想气体经历acb 过程时吸热500 J ．则
经历acbda 过程时，吸热为 。

3、一气缸贮有10 mol 的单原子分子理想气体，在压缩
过程中外界作功209J ，
气体升温1 K ，此过程中气体能增量为 _____ ，外界传给气体的热量为___________________． (普适气体常量 R = 8.31 J/mol · K)
4、一定量的某种理想气体在等压过程中对外作功为 200 J ．若此种气体为单 原子分子气体，则该过程中需吸热_____________ J ；若为双原子分子气体，则 需吸热______________ J.
p (×105 Pa)
3 m 3)
5、 1 mol 双原子分子理想气体从状态A (p 1,V 1)沿p V 图
所示直线变化到状态B (p 2,V 2)，试求：
(1) 气体的能增量． (2) 气体对外界所作的功． (3) 气体吸收的热量． (4) 此过程的摩尔热容．
(摩尔热容C =T Q ∆∆/，其中Q ∆表示1 mol 物质在过程中升高温度T ∆时所吸收的热量．)
答案
1、3J
2、-700J
3、124.7 J ，84.3 J
4、500J ；700J
5、解：(1) )(2
5
)(112212V p V p T T C E V -=
-=∆
(2) ))((2
1
1221V V p p W -+=
， W 为梯形面积，根据相似三角形有p 1V 2= p 2V 1，则
)(2
1
1122V p V p W -=
． (3) Q =ΔE +W =3( p 2V 2－p 1V 1 )．
(4) 以上计算对于A →B 过程中任一微小状态变化均成立，故过程中
ΔQ =3Δ(pV )． 由状态方程得 Δ(pV ) =R ΔT ， 故 ΔQ =3R ΔT ，
摩尔热容 C =ΔQ /ΔT =3R ．
B
A
O
V
p p 2p V 1V 2
循环过程
1、 如图表示的两个卡诺循环，第一个沿ABCDA 进行，第二个沿A D C AB ''进行，这两个循环的效率1η和2η的关
系及这两个循环所作的净功W 1和W 2的关系是
,W 1 W 2
2、 理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小
(图中阴影部分)分别为S 1和S 2，则二者的大小关系是：
3、一卡诺热机(可逆的)，低温热源的温度为27℃，热机效率为40％，其高温热源温度为_______ K ．今欲将该热机效率提高到50％，若低温热源保持不变，则高温热源的温度应增加________ K ．
4、如图，温度为T 0，2 T 0，3 T 0三条等温线与两条绝热线围成三个卡诺循环：(1) abcda ，(2) dcefd ，(3) abefa ，
其效率分别为 η1_________，η2__________，η3 __________．
5、一卡诺热机(可逆的)，当高温热源的温度为 127℃、低温热源温度为27℃时，其每次循环对外作净功8000 J ．今维持低温热源的温度不变，提高高温热源温度，使其每次循环对外作净功 10000 J ．若两个卡诺循环都工作在相同的两条绝热线之间，试求： (1) 第二个循环的热机效率； (2) 第二个循环的高温热源的温度．
6、 1 mol 单原子分子理想气体的循环过程如T －V 图
所示，其中c 点的温度为T c =600 K ．试求： (1) ab 、bc 、c a 各个过程系统吸收的热量；
(2) 经一循环系统所作的净功； B
A
C D
C '
D '
V
p
V
p
S 1
S 2
V (10-3m 3)
O
1 2
a
b c
p O V 3T 0 2T 0
T 0
f
a
d
b c e
(3) 循环的效率．
(注：循环效率η=W /Q 1，W 为循环过程系统对外作的净功，Q 1为循环过程系统从外界吸收的热量ln2=0.693)
答案 1、=；<
2、S 1 = S 2．
3、500 ； 100
4、33.3％ ； 50％； 66.7％
5、解：(1) 1
2
11211T T T Q Q Q Q W -=-==η 2111T T T W
Q -= 且 1
212T T
Q Q =
∴ Q 2 = T 2 Q 1 /T 1
即 212
122112T T T W T T T T T Q -=⋅-=
＝24000 J
由于第二循环吸热
221
Q W Q W Q +'='+'=' ( ∵ 22Q Q =') =''='1
/Q W η29.4％ (2) ='
-=
'η12
1T T 425 K 6、解：单原子分子的自由度i =3．从图可知，ab 是等压过程， V a /T a = V b /T b ，T a =T c =600 K
T b = (V b /V a )T a =300 K (1) )()12
()(c b c b p ab T T R i T T C Q -+=-= =－6.23×103
J (放热)
)(2
)(b c b c V bc T T R i
T T C Q -=
-= =3.74×103 J (吸热) Q ca =RT c ln(V a /V c ) =3.46×103
J (吸热)
(2) W =( Q bc +Q ca )－|Q ab |=0.97×103
J (3) Q 1=Q bc +Q ca ， η=W / Q 1=13.4%
热力学第二定律
1、根据热力学第二定律判断下列说法的正误：
(A) 功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功．（）
(B) 热可以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（）
(C) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程．（）
(D) 一切自发过程都是不可逆的．（）
2、热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述是等价的，表明在自然界中与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，开尔文表述指出了___________________________的过程是不可逆的，而克劳修斯表述指出了________________的过程是不可逆的．
3、所谓第二类永动机是指________________________________________，
它不可能制成是因为违背了________________________________________．
答案
1、⨯，⨯，⨯，√
2、功变热；热传导
3、从单一热源吸热，在循环中不断对外作功的热机；
热力学第二定律。