第三章 热力学第二定律

第三章 热力学第二定律
第一题 填空题
1.一卡诺热机（可逆的），高温热源的温度为427K，热机效率为20%，其低温热源温度为K。

2.理想气体作卡诺循环，热源温度为127ºC，每一循环吸入热量418J，放给冷却器热量334J。

则冷却器的温度为。

3. 两条绝热线相交。

4. 一可逆卡诺热机低温热源的温度为7.00C，效率为40℅。

若要将其效率提高到50℅，则高温热源的温度需要提高几度？
5. 同一理想气体的定压摩尔热容Cp大于定容摩尔热容Cv，其原因是
6. 在一个孤立系统内，一切实际过程都向着的方向进行，这就是热力学第二定律的统计意义。

从宏观上说，一切与热现象有关的实际的过程都是。

7. 对于开放系统，由系统内部不可逆过程引起的熵变化称为__________；由系统与外界交换能量或物质引起的熵变化称为______________。

第二题 选择题
1.不可逆过程指的是[ ]
A．不能反向进行的过程。

B．系统不能回复到初始状态的过程。

C．外界有变化的过程。

D．有摩擦存在的过程或者非准静态过程。

2．在温度分别为400K和300K的高温热源和低温热源之间工作的热机，理论上的最大效率为[ ] A．25% B．50% C．75% D．91.4%
3．根据热力学第二定律判断下列哪种说法是不正确的[ ]
A. 热量可从高温物体传到低温物体，但不能自动从低温物体传到高温物体；
B. 功可以全部变为热，但热不能全部变为功；
C. 气体能够自由膨胀，但不能自由压缩；
D. 气体绝热自由膨胀过程是可逆过程。

4．“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外做功。

”对此说法，下列评
述哪种是正确的：[
A、不违]
反热力学第一定律，但违反热力学第二定律；
B、不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律；
C、不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律；
D、违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律。

5．一定量的理想气体，分别进行如图1所示的两个卡诺
循环abcda 和'''''a d c b a 。

若在pV 图上这两个循环曲线
[ ] 吸收的热量相等；
6．用下源的温度T 1升高所围面积相等，则可以由此得知这两个循环 A 、效率相等；
B 、由高温热源处
C 、在低温热源处放出的热量相等；
D 、在每次循环中对外作的净功相等。

列两种方法
T Δ（1）使高温热；
（2）使低温热源的温度2T 降低同样的值；分别可使卡诺循环的效率升高1ηΔ和2ηΔT Δ，两者相 比： [ ]
A 1ηΔ>2ηΔ
B 2ηΔ>1ηΔ
1ηΔ2ηΔC
= D 无法确定哪个大
7．耗散结构是 [ ]
构； ；
8. 在下 [ ]
程。

）、（3）。

9. 设有温下互相混合 缩
A 开放系统处于平衡态的有序结构；
B 孤立系统牌非线性非平衡态的有序结
C 开放系统处于非线性非平衡态度的有序结构
D 开放系统处于非线性非平衡态的无序结构。

列说法中，哪些是正确的？ （1）可逆过程一定是平衡过程。

（2）平衡过程一定是可逆的。

（3）不可逆过程一定是非平衡过（4）非平衡过程一定是不可逆的。

A （1）、（4）。

B （2
C （1）、（2）、（3）、（4）。

D （1）、（3）。

以下一些过程：
（1）两种不同气体在等（2）理想气体在定容下降温 （3）液体在等温下汽化 （4）理想气体在等温下压
（5）理想气体绝热自由膨胀
在这些过程中，使系统的熵增加的过程是： [ ]
第三题任何物质，绝热线与等温线不能相交于两点。

．如下图所示，图中1−3为等温线， 1−4为绝热线，1−2和4−31-4-3。

A （1）、（2）、（3） B （1）、（3）、（5） C （3）、（4）、（5） D （2）、（3）、（4） 计算题
1．试用反证法证明对于
2均为等压线，2−3为等体线。

理想气体在“1”点的状态参量为v 1=2.0×10-2m 3,T 1=300K,在“3”点的状态参量为v 3=4.0×10-2m 3,T 3=300K 。

试分别用如下三条路径计算S ：
（1）1-2-3； （2）1-3； （3）
3．一直立的气缸被活塞封闭有1mol 理想气体，活塞上装有重物，活塞及重物的质量为M ，活塞面．试根据热力学第二定律证明两条绝热线不能相交 积为A ，重力加速度为g ，气体的摩尔热容为常数。

活塞与气缸的热容及活塞与气缸间摩擦均可忽略，整个系统都是绝热的。

初始时活塞位置固定，气体体积为V 0，温度为T 0。

活塞被放松后将振动起来，最后活塞静止于具有较大体积的新的平衡位置，不考虑活塞外的环境压强。

试问：（1）气体的温度是升高、降低，还是保持不变？（2）气体的熵是增加，减少还是保持不变？（3）计算气体的末态温度。

4
5. 一长为0.8m的圆柱形容器被一薄的活塞分隔成两部分。

开始时活塞固定在距左端0.3m处。

活塞左边充有1mol，5×105N﹒m-2的氦气，右边充1×105N﹒m-2的氖气。

它们都是理想气体。

将气缸浸入1升水中，开始时整个物体系的温度均匀地处于250C。

气缸及活塞的热容可不考虑。

放松以后振动的活塞最后将位于一新的平衡位置，试问这时:
（1）水温升高多少？
（2）活塞将静止在距气缸左边多大距离位置？
（3）物体系的总熵增加多少？
6. 用熵增原理解释热量传导不可逆现象。

7. 自然界的许多现象表明：存在着从无序到有序转化的可能，这违反熵增原理吗？从熵变的角度解释这一现象。

8*.有一动力暖气装置如图所示，热机从温度为t1的锅炉内吸热，对外做
功带动一制冷机，制冷机自温度为t3的水池中吸热传给暖气系统(t2)，
此暖气系统同时作为热机的冷却机器。

若t1=2100C,t2=600C,t3=150C,煤的
燃烧值为H=2.09×104kJ.kg-1.问锅炉每燃烧1kg的煤，暖气中的水得到
的热量Q是多少？（设两部机器都可作可逆的卡诺循环） 暖气系统
水池锅炉
9.一制冰机低温部分的温度为-100C，散热部分的温度为350C，所耗功率为1500W，制冰机的制冷系数是逆向卡诺循环制冷机制冷系数的三分之一。

今用此制冷机将250C的水制成-100C的冰，问制冰机每小时能制冰多少千克（冰的溶解热为80cal.g-1，冰的比热为0.50 cal.g-1K-1）
10.一卡诺热机（可逆的），当高温热源的温度为127℃、代温热源温度为27℃时，其每次循环对外作净功8000J，今维持低温热源的温度不变，提高高温热源温度；使其每次循环对外作净功10000J，若两个卡诺循环都工作在相同的两条绝热线之间，试求：
（1）第二个循环热机的效率；
（2）第二个循环的高温热源的温度。

11. 有一台不可逆热机，一循环中在1000C的高温热源吸取2.09×104J的热量；低温热源温度为00C。

若经过一循环后，包括二热源和系统在内熵一共增加了1.24J.K-1,问：
（1）这台机器每一循环对外作多少焦耳的功？
（2）这台热机的效率是多少？
（3）如果这热机是可逆的，一循环中二热源和系统的总熵变是多少？
（4）如果可逆，效率是多少？。