工程热力学思考题答案,第五章

第五章 热力学第二定律

热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当?

答：不能这样表述。表述不正确，对于可逆的定温过程，所吸收的热量可以全部转化为机械能，但是自身状态发生了变化。所以这种表述不正确。

理想气体进行定温膨胀时，可从单一恒温热源吸入的热量，将之全部转变功对外输出，是否与热力学第二定律的开尔文叙述矛盾？提示：考虑气体本身是否有变化。 答：不矛盾，因为定温膨胀气体本身状态发生了改变。

自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？

答：不正确。自发过程是不可逆过程是正确的。非自发过程却不一定为可逆过程。 请归纳热力过程中有哪几类不可逆因素？

答：。不可逆因素有：摩擦、不等温传热和不等压做功。

试证明热力学第二定律各种说法的等效性：若克劳修斯说法不成立，则开尔文说也不成立。

答：热力学第二定律的两种说法反映的是同一客观规律——自然过程的方向性 →是一致的，只要一种表述可能，则另一种也可能。 假设热量Q2 能够从温度T2 的低温热源自动传给温度为T1 的高温热源。现有一循环热机在两热源间工作，并且它放给低温热源的热量恰好等于Q2。整个系统在完成一个循环时，所产生的唯一效果是热机从单一热源（T1）取得热量Q1-Q2，并全部转变为对外输出的功W 。低温热源的自动传热Q2 给高温热源，又从热机处接受Q2，故并未受任何影响。这就成了第二类永动机。⇒违反了克劳修斯说法，⇒必须违反了开尔文说法。反之，承认了开尔文说法，克劳修斯说法也就必然成立。 下列说法是否有误：

（1）循环净功Wnet 愈大则循环效率愈高；（×）

（2）不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率；（ ×）

（3）可逆循环的热效率都相等，1

21T T t -=η（×） 循环热效率公式121q q q t -=η和1

21T T T t -=η是否完全相同？各适用于哪些场合？ 答：这两个公式不相同。121q q q t -=

η适用于任何工质，任何循环。121T T T t -=η适用于任何工质，卡诺循环。

下列说法是否正确：

（1）熵增大的过程必定为吸热过程 （×）；

（2）熵减小的过程必为放热过程 （×）；

（3）定熵过程必为可逆绝热过程 （×）。

（4） 熵增大的过程必为不可逆过程（×）

（5）使系统熵增大的过程必为不可逆过程（×）

（6）熵产0>g S 的过程必为不可逆过程（√）

下列说法是否有错误：

（1）不可逆过程的熵变S ∆无法计算（×）

（2）如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆，则可逆不可逆S S ∆>∆ ，，可逆，不可逆f S >f S ，，可逆，不可逆g S >g S 是否正确？

答：可逆不可逆S S ∆=∆ ，，可逆，不可逆f S g S

（3）不可逆绝热膨胀的终态熵大于初态熵，12S S >，不可逆绝热压缩的终态熵小于初态熵12S S

答：不可逆绝热膨胀的终态熵大于初态熵12S S > 不可逆绝热压缩的终态熵也大于初态熵12S S >。

（4）工质经过不可逆循环有⎰>，o ds ⎰

答：工质经过不可逆循环有⎰=，o ds ⎰

从点a 开始有两个可逆过程： 定容过程a-b 和定压过程a-c ， b 、 c 两点在同一条绝热线上， 问 b a q -和c a q - 哪个大？并在T-s 上表示过程a-b 、a-c 及b a q -、c a q -

答：由图5-2 可知b a q ->c a q -，b a q - 为1-a-b-2-1的面积；c a q -为1-a-c -2-1的面积 （图）

某种理想气体由同一初态经可逆绝热压缩和不可逆绝热压缩两种过程将气体压缩到相同的终压，在p-v 图和T-s 图上画出两过程，并在T-s 图上画出两过程的技术功及不可逆过程的火用损失。

答：由同一初态经可逆绝热压缩和不可逆绝热压缩两种过程到相同终压如5-3 图示。

t w h q +∆=

绝热过程h w q t ∆-==，所以0

21,1212)()(-=-=-=∆p p p q T T c T T c h N

由5-4 图可知，可逆绝热压缩过程的技术功为面积1-T 2-j-m-1，不可逆绝热压缩过程的技

术功为面积1-'2T-f-m-1,不可逆过程的用损失为面积1-g-n-m-1