工程热力学习题课第一章基本概念资料
(完整版)工程热力学习题册有部分答案
第一篇工程热力学第一章基本概念及气体的基本性质第二章热力学第一定律一、选择题3、已知当地大气压P b , 真空表读数为Pv , 则绝对压力P 为（a ）。
(a) P=P b -Pv （b ）P=Pv -P b （c ）P=P b +Pv4、.若已知工质的绝对压力P=0.18MPa，环境压力Pa=0.1MPa，则测得的压差为( b )A.真空p v=0.08MpaB.表压力p g=0.08MPaC.真空p v=0.28MpaD.表压力p g=0.28MPa5、绝对压力p, 真空pv，环境压力Pa间的关系为( d )A.p+pv+pa=0B.p+pa－pv=0C.p－pa－pv=0D.pa－pv－p=06、气体常量R( d )A.与气体种类有关,与状态无关B.与状态有关,与气体种类无关C.与气体种类和状态均有关D.与气体种类和状态均无关7、适用于（ c ）(a) 稳流开口系统(b) 闭口系统(c) 任意系统(d) 非稳流开口系统8、某系统经过一个任意不可逆过程达到另一状态，表达式（c ）正确。
(a) ds ＞δq/T （b ）ds ＜δq/T （c ）ds=δq/T9、理想气体1kg 经历一不可逆过程，对外做功20kJ 放热20kJ ，则气体温度变化为（b ）。
(a) 提高（b ）下降（c ）不变10、平衡过程是可逆过程的（b ）条件。
(a) 充分（b ）必要（c ）充要11、热能转变为机械能的唯一途径是通过工质的（ a ）(a) 膨胀(b) 压缩(c) 凝结(d) 加热13、经历一不可逆循环过程，系统的熵（ d ）(a) 增大（b ）减小（c）不变（d ）可能增大，也可能减小14、能量方程适用于（ d ）(a) 只要是稳定流动，不管是否为可逆过程（b）非稳定流动，可逆过程(c) 非稳定流动，不可逆过程(d) 任意流动，任意过程15、理想气体可逆绝热过程中的技术功等于（a ）(a) －△ h （b ）u 1 -u 2 （c ）h 2 -h 1 （d ）－△ u16、可以通过测量直接得到数值的状态参数（ c ）(a) 焓(b) 热力学能(c) 温度(d) 熵18、若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的△S 必( b )可逆过程△S。
工程热力学
第一章基本概念及定义一、填空题1、热量与膨胀功都是量，热量通过差而传递热能，膨胀功通过差传递机械能。
2、使系统实现可逆过程的条件是：（1），（2）。
3、工质的基本状态参数有、、。
4、热力过程中工质比热力学能的变化量只取决于过程的___________而与过程的路经无关。
5、热力过程中热力系与外界交换的热量，不但与过程的初终状态有关，而且与_______有关。
6、温度计测温的基本原理是。
二、判断题1、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。
（）2、无论过程是否可逆，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态的内能差。
（）3、膨胀功的计算式⎰=21pdvw，只能适用于可逆过程。
（）4、系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下（不考虑外力场作用），宏观热力性质不随时间而变化的状态。
（）5、循环功越大，热效率越高。
（）6、可逆过程必是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。
（）7、系统内质量保持不变，则一定是闭口系统。
（）8、系统的状态参数保持不变，则系统一定处于平衡状态。
（）9、孤立系统的热力状态不能发生变化。
（）10、经历一个不可逆过程后，系统和外界的整个系统都能恢复原来状态。
（）三、选择题1、闭口系统功的计算式21u u w -=（ ）。
（A ）适用于可逆与不可逆的绝热过程 （B ）只适用于绝热自由膨胀过程 （C ）只适用于理想气体绝热过程 （D ）只适用于可逆的绝热过程 2、孤立系统是指系统与外界（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换（C ）没有任何能量交换 （D ）没有任何能量传递与质交换 3、绝热系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 4、闭口系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 5、公式121q q t-=η适用于（ ）。
（A ）理想气体任意过程 （B ）理想气体可逆循环 （C ）任何工质可逆循环 （D ）任何工质任何循环 6、（ ）过程是可逆过程。
工程热力学 第一章 基本概念
1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数
热能动力装置工质对外做功需要经过压缩、 吸热、膨胀、排热等状态变化过程
热力状态： 系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为
系统的热力状态，简称状态。
平衡状态： 在没有外界作用的情况下，系统内部各处的
宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为 平衡状态。
状态参数：
冷凝器：向环 境放热，冷凝 为液体
膨胀机：通过节 流膨胀，压力降 低，温度降低
冷室吸热
上述各种燃气和蒸汽动力装置中，要实现能量 的转换和传递，需要的条件：
1）媒介介质 2）工作介质状态的变化：压缩、吸热、膨胀、 排热等过程
工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
对工质的要求:
1）膨胀性
2）流动性 3）热容量 4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
它们之间将发生热量传递，如果没有其它物 体影响，这两个物体的冷热程度将逐渐趋于一致， 最终将达到热平衡。
a) 热平衡定律（热力学第零定律）(1931年)
如果两个物体中的每一个 都分别与第三个物体处于热平衡， 则这两个物体彼此也必处于热平 衡。
AB C
既然两个独立的系统各自处于一定状态时是热 平衡的，那么，这两个系统具有一个共同的宏观性 质。可以用一个物理量－温度来描述。
热力学第零定律是温度测量的理论依据 。
b) 温度的物理意义
温度宏观上是反映物体冷热程度的物理量；
温度的高低反映物体内部微观粒子热运动的强 弱。
对于气体：
mc2源自BT2B 3k
2
k为波尔兹曼常数 c 为分子移动的均方根速度
c) 温标：温度的数值表示法。 建立温标的三个要素： ① 选择温度的固定点，规定其数值； ② 确定温度标尺的分度方法和单位； ③ 选择某随温度变化的物性作为温度测量的 依据。
[工学]工程热力学第1章-基本概念资料讲解
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R MRg
工程热力学
四、 状态参数坐标图（parametric coordinates）
一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平 面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐 标上找到对应点，如：
p
p1 1
T
T2 2
p
p3 3
O
v1
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vO
s2
sO
T3
T
附：纯物质的p-v-T图
工程热力学
ppbpv (ppb) ppbpe (ppb)
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工程热力学
常用压力单位：
1Pa 1mN2 1MPa 1106Pa 1bar 1105Pa 1atm101325Pa 760mmHg 1mmHg 133.32Pa 1mmH2O9.80665Pa
工程热力学
1kPa 1103Pa
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环境压力与大气压力 环境压力是压力表所处环境 注：环境压力一般为大气压力，但不一定都是。
注意：1）不计恒外力场影响；
2）复相系未必不均匀—湿蒸汽； 单元系未必均匀—气液平衡分离状态。
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2. 按系统与外界质量交换
闭口系（closed system） （控制质量CM）
—热力系统和外界只有能量交换而 无物质交换
开口系统（open system） （控制体积CV） —热力系统和外界不仅有能量交换而
p A F c o s p b A(f 0 ) 准静态过程，可逆
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讨论：
工程热力学
1.可逆=准静态+没有耗散效应 2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
系统内部及系统与外界作用的总效果 3.一切实际过程不可逆 4.内部可逆过程的概念 5.可逆过程可用状态参数图上实线表示
工程热力学课后习题全集
习题提示与答案 第一章 基本概念及定义1-1 试确定表压力为0.1 kPa 时U 形管压力计中的液柱高度差。
(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m 3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m 3。
提示：表压力数值等于U 形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，g h p ρ∆=e 。
答案：(1) mm 10.19=∆水h (2) mm 12.92=∆酒精h 。
1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。
如图1-17所示，若α=30°，液柱长度l ＝200 mm ，且压力计中所用液体为煤油，其密度为800 kg/m 3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH 2O(4 ℃)。
提示：参照习题1-1的提示。
真空度正比于液柱的“高度”。
答案：()C 4O mmH 802v=p 。
1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s 2，设某U 形管压力计中汞柱高度差为30 cm ，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。
提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t =0℃及重力加速度g =980.665cm/s 2下的汞柱高度。
答案：Δp =297.5 mmHg(0℃)。
1-4 某水塔高30 m ，该高度处大气压力为0.098 6 MPa ，若水的密度为1 000 kg/m 3 ，求地面上水管中水的压力为多少MPa 。
提示：地面处水管中水的压力为水塔上部大气压力和水塔中水的压力之和。
答案：Mpa 8 0.392=p 。
1-5 设地面附近空气的温度均相同，且空气为理想气体，试求空气压力随离地高度变化的关系。
又若地面大气压力为0.1MPa ，温度为20 ℃，求30 m 高处大气压力为多少MPa 。
提示： h g p p ρ-=0 →TR hg p p g d d -=，0p 为地面压力。
答案：MPa 65099.0=p 。
1-6 某烟囱高30 m ，其中烟气的平均密度为0.735 kg/m 3。
工程热力学课后答案
《工程热力学》 沈维道主编 第四版 课后思想题答案（1~5章）第1章 基本概念⒈ 闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。
⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么?答：不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 b e p p p =+ ()b p p >; b v p p p =- ()b p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌ 温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
工程热力学第一章
（3）好处：用系统的参数来计算；可以作 好处：用系统的参数来计算； 为实际过程中能量转换效果比较的标准和极 限；可把实际过程当作可逆过程进行分析计 然后再用经验系数加以修正。 算，然后再用经验系数加以修正。 （4）热量和功量 热量和功量都是过程量， 热量和功量都是过程量，它们的大小不仅与 过程的初终状态有关， 过程的初终状态有关，而且与过程的性质有 关。 可逆过程的功量： 可逆过程的功量： w = ∫ pdv 可逆过程的热量： 可逆过程的热量： q = ∫ Tds
C B A
课后题1 课后题1-5；1-6；1-9
（c）系统内部状态参数不随时间而变化 （d）系统内部状态不发生改变 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 t1 t2的两热源保持 t1 t2 不变，取此杆为系统， 不变，取此杆为系统， 则系统处于（ 则系统处于（B）。 平衡状态， （a）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变 非平衡状态， （b）非平衡状态，因其各截面温度不等 平衡状态， （c）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变，且流入系统的热量等于流出系统的热量 非平衡状态， （d）非平衡状态，因其处于重力场
4.基本状态参数：温度、压力、 4.基本状态参数：温度、压力、比体积 基本状态参数 温度： （1）温度：是热平衡的惟一判据
t = T − 273.15
（2）压力Βιβλιοθήκη p = B + pg
p = B−H
（3）比体积 二、平衡状态、状态公理及状态方程 平衡状态、 1.定义 是指在没有外界作用的情况下， 定义： 1.定义：是指在没有外界作用的情况下， 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 2.实现平衡的条件： 2.实现平衡的条件：系统内部及系统与外界 实现平衡的条件 之间各种不平衡势差消失
工程热力学课后题答案
工程热力学习题解答工程热力学习题解答第1章 基本概念基本概念1-1体积为2L 的气瓶内盛有氧气2.858g，求氧气的比体积、密度和重度。
解：氧气的比体积为3310858.2102−−××==m V v =0.6998 m 3/kg密度为vm V 110210858.233=××==−−ρ=1.429 kg/m 3重度80665.9429.1×==g ργ=14.01 N/m 31-2某容器被一刚性器壁分为两部分，在容器的不同部分安装了测压计，如图所示。
压力表A 的读数为0.125MPa，压力表B 的读数为0.190 MPa，如果大气压力为0.098 MPa，试确定容器两部分气体的绝对压力可各为多少？表C 是压力表还是真空表？表Ｃ的读数应是多少？解：设表A、B、C 读出的绝对压力分别为A p 、B p 和C p 。
则根据题意，有容器左侧的绝对压力为=+=+==125.0098.0gA b A p p p p 左0.223 MPa 又∵容器左侧的绝对压力为gB C B p p p p +==左 ∴033.0190.0223.0gB C =−=−=p p p 左 MPa＜b p∴表C 是真空表，其读数为033.0098.0C b vC −=−=p p p =0.065 MPa 则容器右侧的绝对压力为=−=−=065.0098.0vC b p p p 右0.033 MPa1-3上题中，若表A 为真空表，其读数为24.0kPa，表B 的读数为0.036 MPa，试确定表C 的读数。
解：则根据题意，有容器左侧的绝对压力为=−=−==024.0098.0vA b A p p p p 左0.074 MPa 若表B 为压力表，则容器左侧的绝对压力为gB C B p p p p +==左 ∴038.0036.0074.0gB C =−=−=p p p 左 MPa＜b p∴表C 是真空表，其读数为038.0098.0C b vC −=−=p p p =0.060 MPa 则容器右侧的绝对压力为=−=−=060.0098.0vC b p p p 右0.038 MPa 若表B 为真空表，则容器左侧的绝对压力为vB C B p p p p −==左习题1-2图∴110.0036.0074.0vB C =+=+=p p p 左 MPa＞b p∴表C 是压力表，其读数为098.0110.0b C gC −=−=p p p =0.012 MPa1-4由于水银蒸气对人体组织有害，所以在水银柱面上常注入一段水，以防止水银蒸气发生。
工程热力学思考题答案,第一章_图文
工程热力学思考题答案,第一章_图文第一章基本概念与定义1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗, 答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么,答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系, 答:只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗,绝对压力计算公式，中，当地大气压是否必定是环境大气压, ppp,，()pp,ppp,,()pp,eebebe 答:压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么,答:选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。
有两个系统分别和第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。
6.经验温标的缺点是什么,为什么,答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.促使系统状态变化的原因是什么,举例说明答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。
《工程热力学》第一章 基本概念
9
1.3.1、基本术语-状态、状态参数
1、状态：工质在热力变化过程中某一瞬间所呈现的宏观 物理状况称状态
2、状态参数：表示状态特征的物理量称为状态参数
状态与状态参数是一一对应的
3、状态参数特点
数学特征为点函数： 微元变化的微增量具全微分性质
4、热力学基本状态参数为三个：比容、压力、 温度
10
1.3.2、基本状态参数--比容及密度
C 1 2 B B A
16
1-4
平衡状态、状态方程式、坐标图
1.4.1 平衡状态与非平衡态 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下, 如果宏观热力性质不随时间而变化,系统 内、外同时建立了热平衡、力平衡（及 化学平衡）,此时系统所处状态为平衡态 非平衡态: 系统与外界,系统内部各部分间 存在能量传递及相对位移,状态将随时间 变化,称系统处于非平衡态
受逐渐变化的压力作用下的活塞的移动过程 发生系统状态变化 （力作用）（NEXT）
受变化的恒温热源缓慢加热的活塞系统发生 系统状态变化（热的作用） （NEXT）
26
P3 P2
P1
工质 工 质
工质
受逐渐变化压力作用下的活塞移动过程发生系 统状态变化（P、V、T变化） （力作用）
27
工质
工质
工质
热源T
31
1-6
过程功与热量
1.6.1 功的定义： 1、功的力学定义： 将物体间通过力的作用而传递的能量称为功并 定义：功等于力F与物体在力作用方向上的位移X 的乘积（点积） dW = F ·dX 2、功的热力学定义： 热力学系统和外界通过边界而传递的能量， 其效果可表现为举起重物
区别：功与系统动能、重力位能等“储存能”变化传递 的机械能的本质区别
《工程热力学》知识点整理(完整版)-第五版
第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
相对压力：相对于大气环境所测得的压力。
工程热力学习题集 (沈维道 著) 高等教育出版社 课后答案 工程热力学习题集
第1章 基本概念1．1 本章基本要求深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热力循环的概念，掌握温度、压力、比容的物理意义，掌握状态参数的特点。
1．2 本章难点1．热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其特点，以及它们之间的相互关系。
2．引入准静态过程和可逆过程的必要性，以及它们在实际应用时的条件。
3．系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性。
选取不当将不便于分析。
选定系统后需要精心确定系统与外界之间的各种相互作用以及系统本身能量的变化,否则很难获得正确的结论。
4．稳定状态与平衡状态的区分：稳定状态时状态参数虽然不随时间改变，但是靠外界影响来的。
平衡状态是系统不受外界影响时，参数不随时间变化的状态。
二者既有所区别，又有联系。
平衡必稳定,稳定未必平衡。
5．注意状态参数的特性及状态参数与过程参数的区别。
1．3 例题例1：绝热刚性容器内的气体通过阀门向气缸充气。
开始时气缸内没有气体,如图1.1所示。
气缸充气后,气体推动气缸内的活塞向上移动,如图1.2所示。
设管道阀门以及气缸均可认为是绝热的。
若分别选取开口系统与闭口系统,试说明它们的边界应该如何划定?这些系统与外界交换的功量与热量又如何?解：(1)若以容器内原有的气体作为分析对象，属于闭口系统。
容器放气前，边界如图1.1中的虚线所示。
放气后边界如图1.2中的虚线所示。
气体对活塞作的功W 是闭口系统与外界交换的功量。
气体通过活塞与外界交换的热量Q 是此闭口系统的传热量。
图1.1 图1.2 图1.3 图1.4（2）若以容器放气后残留在容器内的气体作为分析对象，同样也是闭口系统。
这时放气前的边界如图1.3中的虚线所示。
放气后的边界如图1.4的虚线表示。
残留气体对离开容器的那部分放逸气体所作的功，是本闭口系统与外界交换的功，残留气体与放逸气体之间交换的热量是本系统的传热量。
（3） 类似地若以放逸气体为分析对象，同样也是闭口系统。
工程热力学 课后习题答案 可打印 第三版 第一章
1
第一章 基本概念
p = pe + pb = (1020mmH 2 O × 9.81Pa/mmH 2 O + 900mmHg × 133.3Pa/mmHg) + 755mmHg × 133.3Pa/mmHg = 2.306 × 105 Pa = 0.231MPa
1-6 容器中的真空度为 pv = 600mmHg ，气压计上水银柱高度为
1-12 有一绝对真空的钢瓶， 当阀门的打开时， 在大气压 p0 = 1.013 × 10 Pa 的作用下有体积为
5
0.1m3 的空气被输入钢瓶，求大气对输入钢瓶的空气所作功为多少？
3
第一章 基本概念
解
W = p0V = 1.013 × 105 Pa × 0.1m3 = 1.013 × 104 J = 10.13kJ
p= RgT RgTa = v v
w12 = ∫ pdv = ∫
v1 v5
v2
v2
v1
RgTa v dv = RgTa ln 2 ； v v1
w4−5 = ∫ pdv = ∫
v4
v5
Rg Ta v
v4
dv = RgTa ln
v3 v4
根据已知条件： v1 = v3，v4 = v6，p3 = p2，p6 = p5，T2 = T5 = Ta，T3 = T6 = Tb 得
1-14 据统计资料，上海各发电厂 1983 年平均发 1 千瓦小时的电耗标煤 372 克，若标煤的热值 是 29308kJ/kg ，试求 1983 年上海电厂平均热效率 η t 是多少？ 解：ηt =
Wnet 3600kJ = = 33.3% Q1 0.372kg × 29308kJ/kg
工程热力学习题解答
第一章 热力学基本概念1.1 华氏温标规定，在1atm 下纯水的冰点时32°F 。
汽点是212°F （°F 是华氏温标单位的符号）。
若用摄氏温度计与华氏温度计量同一物体，有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，你认为对吗？为什么？解：华氏温度与摄氏温度的换算关系1000}t {3221232}t {C F --=--︒︒32}t {5932}t {100180}t {C C F +=+=︒︒︒ 所以，此观点是错误的。
从上式可知当摄氏温度为-40℃的时候，两种温度计的读数相同。
1.2 在环境压力为1atm 下采用压力表对直径为1m 的球形刚性容器内的气体压力进行测量，其读数为500mmHg ，求容器内绝对压力（以Pa 表示）和容器外表面的（以N 表示）。
解： 1atm=101325Pa ，500mmHg=500×133.3224Pa=66661.2Pa 容器内绝对压力 P=Pe+Pb=101325Pa+66661.2Pa=167986.2Pa 222057.1211416.344A m m d =⨯⨯==π 容器外表面的压力 N 6001027.110132557.12Pb A P A F ⨯=⨯==∆=1.3 容器中的表压力Pe=600mmHg ，气压计上的水银柱高为760mm ，求容器中绝对压力（以Pa 表示）。
如果容器中绝对压力不变，而气压计上水银柱高度为755mm ，求此时压力表上的读数（以Pa 表示）是多少？解： 容器中绝对压力 P=Pe+Pb=600mmHg ×133.3224Pa+760mmHg ×133.3224Pa=1.81×105Pa压力表上的读数 Pe=P-Pb=1.81×105Pa-755 mmHg ×133.3224Pa=8.03×104Pa1.4 用斜管压力计测量锅炉尾部烟道中的真空度（习题1.4图）管子的倾斜角α=30°，压力计中使用密度ρ=1.0×103kg/m 3的水，斜管中液柱长l =150mm 。
工程热力学第一,二章概念理解
Chapter 1 基本概念热能动力装置1，定义：实现热能和机械能连续装换的装置（要存在体积的变化）2，分类：1，内燃机：机械能的获得是通过工质的燃烧获得的（发动机）2，外燃机：工质的能量是从外界获得的（回路外部获得的）（汽轮机）3，基本要素：1，工质：热能向机械能转化的媒介物质2，体积变化功：膨胀对外做功，压缩向内做功3，热源（高温）：热源4，热源（低温）：热阱5，循环：连续热力系统（系统）1，定义：被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统2，外界：与系统发生质能交换的物体3，分类：1，是否有质量的交换：开口系（有）&闭口系（无）（系统质量不变不代表是闭口系，进入和出去都一样，但是是开口系）2，是否有热量的交换：绝热系（无）&非绝热系（有）3，是否有功量的交换：绝功系（无）&非绝功系（有）4，孤立系=闭口系+绝热系+绝功系（对于系统的划分的边界可以是固定的，可以是活动的，可以是真实的，可以是虚拟的，具有主观性）我们讨论的都是简单可压缩系：由可压缩流体构成，与外界可逆功交换只有体积变化功一种形式的系统。
（只交换热量和一种准平衡的体积变化功）5状态5.1定义：工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理量状态称为工质的热力学状态5.2状态参数：用来描述工质所处平衡状态的宏观物理量，温度，压力等，这些物理量反映了大量分子运动的宏观平均效果。
状态参数是热力系统状态的单值函数，它的值取决于给定的状态而与如何达到这一状态的途径无关。
状态参数这一特性表现在数学上是点函数，其微元差是全微分，而全微分沿闭合曲线积分等于零。
5.2.1状态参数的分类：（前三个为基本状态参数）1，温度（T）：物体冷热的标志（微观上表示物质分子运动的剧烈程度）经验温标：由选定的任一种测量物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。
（缺点就是用不同的温度计，不同的物理量，温度测定值可能有微小的差异）2，压力（P）：绝对压力（状态参数用的是绝对压力），表压，真空度（这个不说了）3，比容（比体积）v4，密度5，焓（H）6，熵（S）这两个定义到热一，热二定律时再说了5.3平衡状态：一个热力系统如果在不受外界影响的条件下（重力除外），如果系统的状态不随时间变化，则该系统处于平衡状态。
工程热力学第一章基本概念
受重力影响，大部分热力系统内部存在压力变化，但该变化相对很小，通常忽略不计。 The variation of pressure as a result of gravity in most thermodynamic system is relatively small and usually disregarded
热力学温标（Kelvin scale）：纯水三相点温度为273.16K，每1K为水三相点温度的1/273.16。
朗肯温标（Rankine scale）：以绝对零度为起点的华氏温标
温标之间的换算
基本状态参数——压力（Pressure）
微观概念：大量分子碰撞器壁的结果。
单位面积上的压力
分子浓度
平均平动动能
在没有外来影响的情况下，两物体相互作用最终达到相同的冷热状况。
热力学第零定律 1931年 T
热力学第一定律 18401850年 E
热力学第二定律 18541855年 S
热力学第三定律 1906年 S基准
闭口系统的质量保持恒定
开口系统（Open system）：有物质流穿过边界的系统，又称为控制体积或控制体(Control volume)。
开口系统的界面称为控制界面。
开口系统和闭口系统都可能与外界发生能量（功和热）传递。
闭口系统与开口系统
绝热系统（Adiabatic system）：系统与外界之间没有热量传递的系统。
化学平衡（ Chemical equilibrium ） 系统中化学成分不随时间变化 if its chemical position does not change with time. That is, no chemical reactions occur. 化学反应——化学不平衡势
《工程热力学》 第一章—基本概念
状态参数的分类
★ 基本状态参数：可以直接测量的状态参数。 如压力p、温度T、比体积v。 ★ 导出状态参数：由基本状态参数间接求得的 参数。 如内能U、焓H、熵S等。
1. 压力
● 压力的定义
◆ 沿垂直方向作用在单位面积上的力称为压
力（即物理中压强）。
◆ 对于容器内的气态工质来说，压力是大量 气 体分子作不规则运动时对器壁单位面积撞 击 作用力的宏观统计结果。
压力的单位
压力的单位是N/m2 ，符号是帕（Pa）
常用压力单位的换算见附表1（222页）
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
1 at = 1 kgf/ cm2 = 9.8067 104 Pa
1 MPa = 106Pa＝ 103kPa＝ 10bar
压力的表示方法
◆ 绝对压力（p）、表压力（pg）、
如果系统的宏观状态不随时间变化，则该系
统处于平衡状态。
● 不能把平衡态简单地说成不随时间而改变的状态， 也不能说成外界条件不变的状态。
平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化的状态。 ● 平衡与均匀：均匀系统一定处于平衡状态，
反之则不然。
● 实现平衡的条件
◆ 热平衡 ◆ 力平衡 ◆ 相平衡 ◆ 化学平衡 温度相等 压力相等 各相间化学位相等 反应物与生成物化学 位相等
2. 温度
◆ 传统：温度是物体冷热程度的标志。
◆ 微观：温度是衡量分子平均动能的量度。
T 0.5 m c2 T=0 0.5 m c2=0 分子一切运动停止，零动能。
● 热力学第零定律
◆ 热平衡：不同物体的冷热程度相同，则它们处于热平衡。 ◆ 热力学第零定律（热力学中的一个基本实验结果）： 若两个热力系分别与第三个热力系处于热平衡，那么这 两个热力系也处于热平衡。
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答：C。孤立系虽与外界无质量及能量交换，但 系统内可以发生状态变化，从不平衡趋向平衡， 唯有已经达到平衡态的孤立系内工质的状态参数 不能发生变化；功是过程量，除系统的初、终状 态还与中间过程有关，在相同的初、终状态之间 可能有很多中间过程不同的可逆过程；热量是越 过边界传递的能量，所以即使是同种物质、质量 相同，温度不同，也只能说它们的热力学能不同 ；工质经过不可逆过程后，只要花费代价总是可 以回复到原来状态的。
V1 1m 23.92kg 3 v1 0.0418m / kg
所以
p2 p1 (V2 V1 ) 398.3kPa 298.3kPa / m3 (2m3 1m3 ) 696.6kPa
（2）由于汽缸容积从2m3起，两支弹簧同时作用于 活塞，所以线段2-3的斜率是1-2的两倍，即
例6 气缸活塞系统的活塞质量可忽略不计，活塞上装 设两支弹性常数相等的弹簧如图（a）。活塞处在汽 缸底部时两支弹簧都呈自由状态，当汽缸容积达 2m3时，第二支弹簧开始与活塞接触。初始时汽缸 内氨的比体积为0.0418m3/kg压力为398.3kPa，体 积为1m3。对系统加热，直至压力为1200kPa。已 知活塞外大气压力为100kPa。求： （1）第二支弹簧开始与活塞接触时 的缸内压力； （2）终态时氨的比体积； （3）过程中氨作的功。
例5 刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体， 一部分抽成真空，中间是隔板， （1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？ （2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去隔板， 每抽一块板让气体先恢复平衡在抽下一块，则又如 何？ （3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是 否都可在p-v图上表示？
解：（1）系统不作功，因为功是通过边界传输的能 量，当取气体为系统时，系统边界从初态时占容器的 一部分扩大到全部容器，而容器是刚性的，所以没有 能量传递输出边界，也就没有作图功。 （2）系统仍不作功。 （3）第一种情况不能在p-v图上用实线表示，因为过 程不是准静态过程；第二种情况，若隔板数量是有限 的，则过程不能在p-v图上用实线表示，若数量是无 限的，则可以在p-v图上表示，因为每抽去一块隔板 ，系统偏离平衡状态无穷小，且很快恢复平衡，而每 个平衡态都可用图上一点表示，无穷多的点连成一条 实线。
w pdv pb (v2 v1 )
1 2
对不对？为什么？
图3
解：本例中气体膨胀过程是在有限压差下进行的 ，虽然气体最终又达到平衡状态，但在这两个平 2 衡态之间经历的状态是无法描述，因此用 w 1 pdv 计算过程功是错误的。考虑到气体膨胀后是体积 增大，把活塞上推了L，所以功为
p3 p2 2 , V3 V2 V3 V2 p3 p2 1200kPa 696.6kPa 2m3 2 2 298.3kPa / m3
解： pA F cos pb A Ff ——非准静态过程 pA F cos pb A Ff ——准静态过程 pA F cos pb A, Ff 0 ——可逆过程
图2
例3 压力为p1、比体积为v1的某种气体被质 量可忽略不计且无摩擦的活塞密封在垂直放 置的气缸内，如图3所示，现移去活塞上的重 物，气缸内气体膨胀，待气体达新的平衡状 态，活塞上升高度L。为求气缸内气体作的功 ，有人计算如下：
w FL pb AL pb (v2 v1 )
这个功只可能是由气体作出，虽然结果一样，但 两个解题过程基于的概念不一样，前者是错误的 。
例4 有下列说法，正确的是_______ A. 孤立系统内工质的状态不能发生变化 B.系统在相同的初、终状态之间的可逆过程 中做功相同 C.经过一个不可逆过程后，工质可以回复到 原来的状态 D.质量相同的物体A和B，因TA>TB，所以物体 A具有的热量较物体B为多
解：据题意，过程的p-V图如图（b）所示。 （1）汽缸内氨的质量 3
m1
延伸线段2-1，与p轴交于0，因为活塞在汽缸底 部时，活塞外仅有大气压作用，而活塞从汽缸底 部移动到汽缸容积达2m3时，仅有一支弹簧作用 于活塞上，即0-1-2是一条直线。其斜率
p1 p0 tan V1 V0 398.3kPa 100kPa 3 298.3 kPa / m 1m3 p2 p1 V2 V1
博学 睿思 勤勉 致知
工程热力学
Engineering Thermodynamics
实事求是 敢为人先
例1 绝热活塞把一个刚性绝热容器分成A和B两部分（图 1）分别有某种气体，B侧设有电加热丝。活塞在容器内 可自由移动，但两部分气体不能相互渗透。合上电闸， B侧气体缓缓膨胀。问： （1）取A侧气体为系统，是什么系统； （2）取A侧和B侧全部气体为系统（不包括电热丝）， 是什么系统； （3）取A侧和B侧全部气体和电热丝为系统，是什么系 统； （4）取图中虚线内为系统，是什么系统？
例5 某种工质经历两阶段可逆膨胀过程，先 从0.1m3在150kPa下等压膨胀到0.2m3，然 后在压力与体积成线性关系的条件下膨胀 到0.4m3，此时压力为300kPa。在p-v图上 示意地画出过程线并求过程功。
解：p-v图上过pdV pdV
2
3
p2 p3 p1 (V2 V1 ) (V3 V2 ) 2 150kPa (0.2m 3 0.1m 3 ) 150kPa 300kPa (0.4m3 0.2 m3 ) 2 60kJ
图1
解：（1）闭口绝热系，因为系统仅与外界交换功；
（2）闭口系，系统与电热丝交换热量； （3）闭口绝热系，因为系统仅与外界交换电 能，没有热量越过边界； （4）孤立系。
例2 图2所示的气缸活塞系统，气缸内气体压力为p ，曲柄连杆对活塞发热作用力F，活塞与气缸摩擦 力为Ff，活塞的面积为A。讨论气缸内气体进行准 静态过程和可逆过程的条件。