第一章 热力学基本概念

工程热力学与传热学

第一章基本概念典型问题分析

典型问题

一.基本概念分析

1闭口系统具有恒定的质量，但具有恒定质量的系统不一定就是闭口系统。

2孤立系统一定是闭口的，反之则不然。

3孤立系统一定是绝热系统，但绝热系统不一定都是孤立的。

4孤立系统的热力学状态不能发生变化。

5平衡状态的系统不一定是均匀的，均匀系统则一定处于平衡状态。

6摄氏温度的零点相当于热力学温度的273.15K。

7只有绝对压力才能表示工质所处的状态，才是状态参数。

8只有平衡状态，才能用状态参数坐标图上的一点来表示。

9非平衡状态，因为没有确定的状态参数，无法在状态参数坐标图中表示。

10不平衡过程，一定是不可逆过程；

11不可逆过程就是指工质不能恢复原来状态的过程；

12一个可逆过程必须同时也是一个准平衡过程，但准平衡过程不一定是可逆的。

13实际过程都是不可逆过程。

14功可以全部转变为热，但热不能全部转变为热

15质量相同的物体A和B，若T A >T B，则物体A具有的热量比物体B多。

二.计算题分析

1测得容器内气体的表压力为0.25MPa，当地大气压为755mmHg，求容器内气体的绝对压力p，并分别用（1）MPa（兆帕）；（2）bar（巴）；（3）atm（物理大气压）；（4）at（工程大气压）表示。2某种气体工质从状态1（p1，V1）可逆地膨胀到状态2。膨胀过程中：（1）工质的压力服从p=a-bV，其中a，b为常数；（2）工质的pV保持恒定为p1V1。试分别求两过程中气体的膨胀功。

3利用体积为2m3的储气罐中的压缩空气给气球充气，开始时气球内完全没有气体，呈扁平状，可忽略其内部容积。设气球弹力可忽略不计，充气过程中气体温度维持不变，大气压力为0.9 ╳105Pa。为使气球充到2m3，问气罐内气体最低初压力及气体所作的功是多少？已知空气满足状态方程式pV=mR g T。

分析解答

一. 基本概念分析解答

1 √；

2 √；

3 √；

4 ╳；

5 √；

6 √；

7 √；

8 √；

9 √；10 √；11 ╳；

12 √；13 √；14 ╳；15 ╳；

二. 计算题分析解答

1 解：依据： Pa Pa Pa p Pa mmHg p p p b e 66107305.04322.1337551025.04332.1331,

⨯=⨯+⨯==+=

单位换算：

at Pa Pa atm Pa

Pa bar Pa Pa MPa Pa

Pa 7575.35.06698107305.0)

4(7460.3325101107305.0)3(057.310107305.0)2(7305.010107305.01665666=⨯=⨯=⨯=⨯）（ 2 解：过程为可逆过程： 121121212121222

11221

21ln )2()(2)()(1V V V p V dV pV pdV W V V b V V a dV bV a pdV W ===---=-==

⎰⎰⎰⎰--）（ 分析：在上述两过程中，系统的初，终态相同，但中间途径不同，因而气体的膨胀功也不同。 3 解：因忽略气球弹力，充气后气球内压力与大气压力相同，为0.9 ╳105，而充气结束时储气罐内压力也应恰好降到。又依题意，留在罐内与充入球内的气体温度相同，由于压力相同，温度相同，故这两部分气体的状态相同。若取全部气体为热力系，则气体的最小初压应满足 Pa m m m Pa V V V p p T R V V p T R V p m B g B g 533

35112min ,12

1211

min ,1108.12)22(109.0)()(⨯=+⨯⨯=+=

+== 4 考察该过程中储气罐的体积不变，充气时气球中气体压力等于大气压力，气体膨胀排斥了大气，所以气球对大气作功

J m m Pa V V p W 5335120108.1)24(109.0)(⨯=-⨯⨯=-=

分析：本题中，储气罐内气体向气球充气的过程是不可逆的，因此不能用⎰=21pdV

W计算过程功。

但是，在一些场合下如果界面上反力为恒值，则可用外部参数计算过程体积变化功。