工程热力学习题课1 第一章基本概念
工程热力学01第一章
第1章（第一章）基本知识本章将介绍推导热力学第一定律能量方程式所需要的概念。
在这部分里，将概念按照工质、系统、状态、过程和循环五部分归类，突出“工程热力学”课程的整体性，明确指出“工程热力学”最关心的量是那些，最终要解决什么问题。
1.1.工质热能与物质是不可分割的，物质是热能的载体。
热能是物质内部以分子运动、振动、旋转和位能形式具有的内部微观能量，它可以随物质的转移而转移，也可以通过温差传热传给其它物质。
在温差的作用下两个物体之间传递中的热能叫做热量，热量是一个过程量。
热能与机械能之间的互换转化以及热能的转移都要借助一种工作物质，这种工作物质简称为工质(Working fluid)。
工质的种类很多，有气体、有液体。
例如水泵中的工质是水；制冷机中的工质是HCFC;汽油机中的工质是燃气。
Working fluid is the matter contained within boundaries of a system. Matter can be in solid, liquid, vapor or gaseous phase. The working fluid in applied thermodynamic problems is either approximated by a perfect gas or a substance that exists as liquid and vapor. The state of the working fluid is defined by certain characteristics known as properties.1.1.1.实际气体实际气体（actual gas）是比较复杂的，其分子有质量、有体积而且分子与分子之间有作用力。
实际气体的计算是比较复杂的【详见后面】。
如果模型复杂，有的问题就不可能用数学的方法解决。
在工程热力学中，为了解决一个复杂问题，经常将问题理想化、简单化，然后解决问题，再修正。
(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。
工程热力学和传热学课后答案(前五章)
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。
试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。
试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。
大气压力为760mmHg。
试求:（1） 真空室以及I 室和II 室的绝对压力； （2） 表C 的读数；（3） 圆筒顶面所受的作用力。
工程热力学思考题答案,第一章
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b e p p p =+()e p p >， b e p p p =-()e p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压？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。
工程热力学和传热学课后答案(前五章)
页眉内容
对于可逆过程，都正确。
3．某封闭系统经历了一不可逆过程，系统向外界放热为10kJ，同时外界对系统作功为20kJ。
1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；
2）按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负、可正可负亦可为零）。
4．判断是非（对画，错画×）
1）在任何情况下，对工质加热，其熵必增加。（）
2．下列说法是否正确，为什么？
1）熵增大的过程为不可逆过程；
只适用于孤立系统
2）工质经不可逆循环，S0；
S =0
3）可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程；
定熵过程就是工质状态沿可逆绝热线变化的过程
4）加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。
根据ds≥△q/T，前半句绝对正确，后半句未必，比如摩擦导致工质温度升高的放热过程。
w123>w143
14
谁大谁小？又如2和3在同一条等温线上呢？
所以
P
v
图4-2
2
2->3为绝热膨胀过程，内能下降。所以
u2>u3。
4．讨论1<n<k的多变膨胀过程中绝气热体线温度的变化以及气体与外界热传递的方向，并用热力学第一
（3）绝热系统。
图
1-1
5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应
（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆
（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已
工程热力学和传热学课后答案前五章
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。
试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。
试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。
大气压力为760mmHg。
试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3）圆筒顶面所受的作用力。
图1-2第二章热力学第一定律一．基本概念功：热量：体积功：节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
工程热力学 第一章 基本概念及定义
1-2 热力系统
1、基本概念
■热力系统(thermodynamic system)
被人为地从周围物体中分割出来，作为热力学
分析对象的有限物质系统。
■外界(surrounding)
与系统发生质能交换的物体。
■边界(boundary)
系统与外界的分界面。
8（a）汽轮机
（a）开口系统
●表压力
(gauge pressure)和真空度(vacuum)
e p v p 压力计处于环境压力下测得的工质压力。
●各压力之间的关系
24
b e
p
p p =+b v
p p p =-当绝对压力高于大气压力时：当绝对压力低于大气压力时：
均匀>平衡>稳定。
pdV
图上，可以用过程
体积变化功的正负与体积的变化相同，
工质膨胀时对外界作功，工质压缩时外界对工质V。
试分别求两过程的
1
初、终状态相同，但中间途径不同，因此膨胀功不同。
41。
工程热力学习题课
例3．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？
不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。 例4.有人认为开口系统内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？
不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界 进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确 地说是热力学能）不在其中。
（ ×）
（5）气体膨胀时一定对外作功；
（× ）
8
第二章气体的热力性质
9
例1.气体的摩尔体积Vm是否因气体的种类而异？是否因所处 状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m3/mol？
气体的摩尔体积Vm不因气体的种类而异。所处状态发生 变化，气体的摩尔体积也随之发生变化。任何气体在标准 状态（p=101325Pa，T=273.15K）下摩尔体积是 0.022414m3/mol。在其它状态下，摩尔体积将发生变化。
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例5．经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包 括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？ 经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将导 致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复 原来状态。
可逆过程：如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外 界都返回原来状态而不留下任何变化。
热量不可能从低温热源传向高温热源；
（× ）
稳定流动系统与外界交换的功和热量相等且不随时间而变。 （×）
稳定流动系统进出口工质的状态相同。
（×）
任何气体经过绝热节流后，温度必然降低。
（ ×）
绝热节流的温度效应可用一个偏导数来表征，这个量称为焦耳－汤姆
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
工程热力学和传热学课后答案解析(前五章)
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。
试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。
试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。
大气压力为760mmHg。
试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3） 圆筒顶面所受的作用力。
图1-2第二章 热力学第一定律一．基本概念功： 热量： 体积功： 节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？ 2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
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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。
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
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
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
p3 p2 2 , V3 V2 V3 V2 p3 p2 1200kPa 696.6kPa 2m3 2 2 298.3kPa / m3
2.844m3
V3 m3 v3 0.119m3 / kg m3 23.93kg
（3）过程功
W13 W12 W23 p3 p2 p1 p2 (V2 V 1 ) (V3 V 2 ) 2 2 398.3kPa 696.6kPa 1200kPa 696.6kPa 3 3 (2m 1m ) (2.844m3 2m3 ) 2 2 1342.6kJ
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图上过程示意曲线如图所示：
W
2
1
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
THANKS
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。
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
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。
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：