物理化学第三章课后答案完整版

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第三章热力学第二定律

卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。求3.1

（1）热机效率；

（2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热

。

解：卡诺热机的效率为

根据定义

3．2 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：

）（1；热机效率

）（2当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出

的热

解：(1)由卡诺循环的热机效率得出

（2）

3．3 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求

；）热机效率（1

（2）当向低温热源放热时，系统从高温热源吸热及对环境所作的功。

1

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解：（1）(2)

3．4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺

热机得到的功等于不可逆热机作出的功－W 。假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机W r

效率，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修斯说法。

证：（反证法）

设η>ηrir吸热，向低温热源不可逆热机从高温热源放热，对环境作功

则

逆向卡诺热机从环境得功从低温热源吸热向高温热源放热

则

若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热不可逆热

机从高温热源吸收的热相等，即

2

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总的结果是：得自单一低温热源的热，变成了环境

作功，违背了热

力学第二定律的开尔文说法，同样也就违背了克劳修斯说法。

，低温热源温度．5 高温热源温度3的热直接从高温热源传给120KJ，今有

。低温热源，求此过程

解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程

的低温热源之间。求下列三种不同的热机中作于的高温热源及3.6

。时，两热源的总熵变情况下，当热机从高温热源吸热

）（1。可逆热机效率

）2（。不可逆热机效率

）3（。不可逆热机效率

，根据热机效率的定义解：设热机向低温热源放热

。因此，上面三种过程的总熵变分别为

已知水的比定压热容3.7℃的水经下列三种不同过

程加。今有1 kg，10

。热成100℃的水，求过程的

（℃的热源接触。）系统与 1 100

2（）系统先与100 55℃的热源接触至热平衡，再与℃的热源接触。

℃的热源接触。℃的热源接触至热平衡，再与℃，）系统先与3（40 70 100

解：熵为状态函数，在三种情况下系统的熵变相同

在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此

3

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3.8）的摩尔定压热容与温度的函数关系为, gN已知氮（2

）经1000 K 的N (g)置于的热源中，求下列过程

（1 1 mol 100 kPa 300 K将始态为，下

2

）经恒容过程达到平衡态时的恒压过程；（2。）在恒压的情况下解：（1

4

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）在恒容情况下，将氮（（2）看作理想气体N, g2代替上面各式中的将，即可求得所需各量

的某双原子理想气体始态为3.9，，经下列不同途径

变化到1 mol

。，的末态。求各步骤及途径的

恒温可逆膨胀；（1）

，再恒压加热至100 kPa；2（）先恒容冷却至使压力降至

。先绝热可逆膨胀到使压力降至（3）100 kPa ，再恒压加热至

）对理想气体恒温可逆膨胀，解：（1，因此U△= 0

T:）先计算恒容冷却至使压力降至（2，系统的温度100 kPa

T时系统的温度

100 kPa（3）同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至:根据理想气体绝热过程状态方程，

5

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各热力学量计算如下

。1mol 3.10 理想气体在T=300K 下，从始态100KPa 到下列各过程，求及

；可逆膨胀到压力1）50Kpa（

，不可逆膨胀至平衡态；反抗恒定外压50Kpa （2）

倍）（3向真空自由膨胀至原体积的 2

某双原子理想气体从3．11 始态，经不同过程变化到下述状态，

求各过程的

变化过程解：）为1过程（）1（PVT

6

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（2）

（3）

3，再恒压加热至体400 K，先恒容加热至，2 mol 双原子理想气体从始态300 K 50 dm2.12

3。100 dm，求整个过程的积增大到

解：过程图示如下

先求出末态的温度因此，

7

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，再恒温可50KPa 750K 13 4mol 3．单原子理想气体从始态，150KPa，先恒容冷却使压力降至，求整个过程的逆压缩至100KPa

解：

(a)

(b)

8

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，双原子理想气体从始态3mol ，先恒温可逆压缩使体积缩小至3.14

。及再恒压加热至，求整个过程的

解：

(a)

(b)

9

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3.15 5 mol 单原子理想气体，从始态300 K，50 kPa 先绝热可逆压缩至100 kPa，再恒压冷却至3。及△S U，△H 85dm的末态。求整个过程的Q，W ，△体积为