热力学部分习题课


3.20 一圆筒中有一导热活塞把它分为两部分, 一部分装有 ������1 ������������������ 气体,另一部分装有 ������2 ������������������ 气体,两部分最初的压强和体积各为 ������1、 ������1 和 ������2、������2 ,令活塞自由运动,使两边气 体达到平衡态,假设圆筒与外界是绝热的, 并设气体为理想气体,它的两种比热容之比 ������ 是常数,求最后的共同温度和压强,并计算 出熵的增加值。
计算熵增,以一边为例: 初始状态 ( N1 , p1 ,V1 , T1 ), 平衡态( N1 , p f ,V1 f , T f )。 构造等温过程+等压过程计算熵增: ' N , p , V N , p , V , T 等温过程:( 1 1 1 1 ) ( 1 f 1 , T1 )
S1
解: 系统不对外做功且绝热,因此内能不变。
N1Cv (T f T1 ) N 2Cv (T f T2 ) 0 N1T1 N 2T2 p1V1 p2V2 Tf N1 N 2 ( N1 N 2 ) R ( N1 N 2 ) RT p1V1 p2V2 pf V1 V2 V1 V2
2 2 Cexp[ a(v 2 v v x y z )] 意义:粒子在速度空间中处于( vx , v y , vz )~ ( vx dvx , v y dvy , vz dvz )的概率
A 1.10 声波在气体中的传播速度为

p ( )s
假设气体是理想气体,其定压和定容热容量 是常量,试证明气体单位质量的内能 u 和焓 h 可由声速及 ������ 给出:
V1' V1

pdV T
pf
p1

N1 RT p1 p ( )dp NR ln( ) 2 T p pf
' ( N1 , p f ,V1 f , T f ) N , p , V 等压过程( 1 f 1 , T1 )
Tf
S2
T1

C p dT T
C p ln
Tf T1
另一边同理,因此
热力学部分习题课
主讲人:余辛炜 2016.04.10.
1.2 引力势能(长程相互作用)是不是广延量? 考虑半径为r ,密度均匀为 的球,说明该系 统的引力势能正比于 V n,V 是体积,并求n 。 解:半径为 ������ 的球,把最外一层厚为 ������������ 的薄 球壳均匀扩大直到半径为+∞,需要做的功是:
2 u Const , ( 1) 2 h Const 1
解: Mu
RT u0 1 RT Mh h0 1
理想气体
2 p V p 2 ( )S ( )S M V pV RT M M
p ( p,S) ( )S V (V , S ) ( p, S ) ( p, T ) (V , T ) ( p, T ) (V , T ) (V , S ) C p p p ( )T Cv V V
解: W
Q1 Q2 C p (T1 T2 2Ti )
T1 S1 C p ln Ti T2 S 2 C p ln Ti S3 0 (制冷机进行可逆循环) T1T2 S C p ln 2 0 Ti Ti 2 T1 T2 Wmin Ti 2 C p ( T2 2Ti ) T2
也可以构造等温过程+等容过程 or 等压过程+ 等容过程,结果是等价的。
A 2.1 已知在体积保持不变时,一气体的压强 正比于其热力学温度。试证明在温度保持不 变时,该气体的熵随体积而增加。
S p ( )T ( )V 0 V T
试讨论以平衡辐射为工作物质的卡诺循环, 计算其效率
在由状态 等温(温度为 ) 膨胀至状态 的过程中, 平衡辐射吸收的热量为
G x 4 x dx 16G r V x 15 0
r 4 3 3 2 2 2 5
5 3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.3 对于理想气体,求麦克斯韦速度分布中的 两个常数C和 a。提示:用到归一化条件以及 平均动能与温度的关系。 f (vx , v y , vz ) f (vx ) f (v y ) f (v z )
A 1.22 有两个相同的物体,热容量为常数, 初始温度同为 ������������。今令一制冷机在这两个物 体间工作,使其中一个物体的温度降低到 ������2 为止。假设物体维持在定压下,并且不发生 相变。试根据熵增加原理证明,此过程所需 的最小功为
Wmin Ti 2 C p ( T2 2Ti ) T2
Q1 T1 S2 S1 .
在由状态 等温(温度为 ) 压缩为状态 的过程中, 平衡辐射放出的热量为 Q 2 T2 S2 S1 .
T2 S2 S1 Q2 T 1 1 1 2 . Q1 T1 S2 S1 T1
p1 (V1 V2 ) p2 (V1 V2 ) S R[ N1 ln N 2 ln ] p1V1 p2V2 p1V1 p2V2 N1 ( p1V1 p2V2 ) N 2 ( p1V1 p2V2 ) C p [ N1 ln N 2 ln ] p1V1 ( N1 N 2 ) p2V2 ( N1 N 2 )
求 Otto 循环效率(2 绝热 +2 等容)
Q1 Cv (T3 T2 ) Q2 Cv (T4 T1 ) Q1 Q2 T3 T2 Q1 T4 T1 1 1 V1 1 ( ) V2
由绝热过程: T2 V1 1 ( ) T1 V2 T3 V1 1 ( ) T4 V2
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工程热力学习题课(2)

工程热力学习题课(2)

三、小结
1.热力循环方向性的判断: Q
克劳修斯积分式
T
0
r
孤立系统熵增原理(既适应循环也适应过程 方向的判断)
dSiso 0
卡诺定理
t c
2.对于求极值问题一般考虑可逆情况
3.应用孤立系统熵增原理计算每一对象的熵
变时,要以该对象为主题来确定其熵变的正 负
谢谢大家!
Q1 W 264 .34kJ
气体定温过程熵变为:
T p p c p ln 2 R g ln 2 mR g ln 2 S m T1 p1 p1 10 6 1 287 ln 5 660 .8 J / K 10
热源熵变为:
1由热效率计算式可得热机e输出循环净功所以wnet40kj由热泵供暖系数计算公式可得供热量qnetnet1000290revnet7171290360360netrev3647114但这并不违反热力学第二定律以1为例包括温度为tnet100kj40kj60kjnet140kj40kj100kj就是说虽然经过每一循吸入热量60kj放出热量100kj净传出热量40kj给温度为t放出了100kj的热量所以40kj热量自低温传给高温热源是花了代价的这个代价就是100kj热量自高温传给了低温热源所以不违反热力学第二定律
因为为可逆过程,所以△Siso=0,即:
S iso S A S B dS 0
mc p ln
Tf T1
mc p ln
Tf T2
0
ln
T f2 T1T2
0
T f T1T2
可逆过程循环净功最大,为:
Wmax Q1 Q2 mc p T1 T f mc p T f T2 mc p T1 T2 2T f

热力学习题课

热力学习题课
A.< ', Q< Q ' ; √B.< ', Q> Q ' ; C.>', Q< Q ' ; D.>', Q>Q ' ;
27
例20. 双原子分子气体 1 mol 作图示曲 线 1231 的循环过程。其中1-2 为直线过程, 2-3 对应的过程方程为 PV1/2=常数, 3-1 对应的是等压过程。
九、卡诺循环:
P
T1 1 T2 P T1
T1
1 e T1 1
T2
T2
V
十、热力学第二定律:
文字表述:
开氏表述:功 热转化不可逆
克氏表述:热 传导不可逆
T2
V
等价。
7
数学表述:S kn (玻氏熵公式)
热力学第二定律的实质:一切与热现象有 关的实际宏观过程都是不可逆的。
无摩擦的准静态过程才是可逆的
例9.一定量的理想气体,其状态改变在P-T图 上沿着一条直线从平衡态a到b。这是一个()
P
A.绝热压缩过程
P2
b
B.等体吸热过程
P1
a
C.吸热压缩过程
T1
T2
T √D.吸热膨胀过程 19
例10:判断下列图1-2-3 -1各过程中交换 的热量, 内能的变化,作功的正负? 并画 出在 p - V 图上对应的循环过程曲线。
Mi
E
RT
Mmol 2
Mi
E
RT
Mmol 2
1
四、准静态过程,系统对外做的功:
dW PdV W V2 PdV V1
P
P
W0
0 V1
V2
W0

热学习题课

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D )1 : 4 : 8
3、一瓶氦气和一瓶氨气密度相同,分子平均平动动能相同, 而且它们都处于平衡状态,则它们 A)温度相同,压强相同
B)温度、压强都不相同
pM mol RT
C)温度相同,但氦气压强大于氨气的压强 √ D)温度相同,但氦气压强小于氨气的压强
4、两瓶不同种类的理想气体,它们的温度和压强都相同,但 体积不同,则单位体积内的气体分子数 n ,单位体积内气 体分子的总平动动能(EK / V ),单位体积内的气体质量 ρ ,分别有如下的关系:
c( P V0 , 2T0 ) b(2P 0, 2 0 , V0 , 2T 0)
(1)
A Aab Abc Aca
Aab 0
Aca ca下面积 p0V0
Vc Vc Abc RTc ln pcVc ln 2 p0V0 ln 2 Vb Vb
A p0V0 2 ln 2 1
Z 2 d 2v n
1 kT 2 2 2 d n 2 d P
7、麦克斯韦速率分布律:
1)速率分布函数:
dN f v N dv
f(v)
dN N
理解气体分子速率分布的意义:
dN dN f v s d v f (v ) N dv N
s
S
N N
S
7 Q2 p 0V0 2
Q1 p0V0 2 ln 2 2.5
注意:此循环不是卡诺循环。
卡 1
T2 不成立。 T1
15. 在平衡态下,已知气体分子麦克斯韦分布函数为f(v) 分子质量为m,最概然速率为vp,总分子数为N,则:

f vdv
vp

表示:速率大于vp的分子数占总分子数的比率.

习题课—热力学第一定律及其应用

习题课—热力学第一定律及其应用

W = −∆U = 3420.0 J
'
[P26 例1-4]
1-29 求25℃、Pθ下反应 ℃
4 NH 3 ( g ) + 5O2 ( g ) = 4 NO ( g ) + 6 H 2O ( g )
的△rHmθ(298.15k)。已知下列数据 △ 298.15k)。 )。已知下列数据
(1)2 NH 3 ( g ) = N 2 ( g ) + 3H 2 ( g ) (2)2 H 2 ( g ) + O2 ( g ) = 2 H 2O ( l ) (3) H 2O ( l ) = H 2O ( g ) (4) N 2 ( g ) + O2 ( g ) = 2 NO ( g )
∆ H ( 298.15k ) = −5154.19 KJ ⋅ mol c m
θ
−1
, CO ( g ) 、H O ( l ) 的标准摩尔 2 2
分别为-393.51KJ﹒mol-1、 生成焓 ∆ f H m ( 298.15k ) 分别为 试求C (s)的标准摩尔生成焓 -285.84KJ﹒mol-1,试求C10H8(s)的标准摩尔生成焓 θ ∆ H ( 298.15k ) 。 f m
解:原式可由(1)×2+ (2)× 3+ (3)× 6+ (4)× 2所得 原式可由 × × × × 所得
θ θ θ θ θ ∴∆ r H m = 2∆ r H m (1) + 3∆ r H m ( 2 ) + 6∆ r H m ( 3) + 2∆ r H m ( 4 )
= 2 × 92.38 + 3 × ( −571.69 ) + 6 × 44.02 + 2 ×180.72 = −904.69kJ ⋅ mol

4习题课热学

4习题课热学

6
例2 若气体分子的速率分布曲线如图,图中A、B两 部分面积相等,则图中V0的物理意义为何? 1.最可几速率;2.平均速率;3.方均根速率; 4.大于和小于速率v0的分子各占一半。 解:由f(v)-v曲线下面积物理意义可知, A、B两部分面 积相等意味着大于和小于速率v0的分子各占一半。 注:最可几速率的物理 意义是曲线的最大值所 对应的速率值。 应选(4)
P dp 得斜率 = − v dv T 由 热线 pvγ = C 绝
P P1 O A
P dp 得 率 = −γ 斜 v dv Q
B
v1
v2
13
v
P dp − dv 由题意 T v = 1 = 0.714 = P γ dp −γ dv Q v 1 得 γ= =1.4 0.714 γ γ 再由绝热方程 p1v1 = p2v2
T2 卡诺循环 η卡 =1− T 1 T2 ω卡 = T −T2 1
2
过程 特征
参量关系
Q
A
∆E
等容 V 常量 (P/T)=常量 ) 常量
νcV ∆T
0
p∆V ∆
νcV ∆T νcV ∆T
V1
) 常量 等压 P 常量 (V/T)=常量 ν c p ∆ T
νR∆T ∆
V1
νRT ln V2
T 常量
PV = 常量
V2 νRT ln
等温
νRT ln
p1
p2
νRT ln
p1
0
p2
绝热
PV = 常量 dQ γ −1 V T = 常量 =0 γ −1 − γ = P T 常量
γ
− νcV ∆T
0
p2V2 − p1V1 ν cV ∆T 3 1− γ

大学物理热学习题课

大学物理热学习题课

dN m 32 4 ( ) e Ndv 2kT
v2
对于刚性分子自由度 单原子 双原子 多原子
i tr
(1)最概然速率
2kT 2 RT RT vp 1.41 m
(2)平均速率
i=t=3 i = t+r = 3+2 = 5 i = t+r = 3+3 =6
6、能均分定理
8kT 8 RT RT v 1.60 m
M V RT ln 2 M mol V1
QA
绝热过程
PV 常量
M E CV T M mol
(2)由两条等温线和两条绝热线 组成的循环叫做 卡诺循环。 •卡诺热机的效率
Q0
Q2 T2 卡诺 1 1 Q1 T1
M P1V1 P2V2 A CV T M mol 1
E 0
•热机效率
A Q1 Q2
M E CV T M mol M Q C P T M mol
A Q1 Q2 Q2 1 Q1 Q1 Q1
A=P(V2-V1) 等温过程
A
E 0
Q1 Q2 •致冷系数 e W Q1 Q2
热机效率总是小于1的, 而致冷系数e可以大于1。
定压摩尔热容
比热容比
CP ( dQ )P dT i2 i
8、平均碰撞次数 平均自由程
z
2d v n
2
CV •对于理想气体:

Cp
v z
1.热力学第一定律
1 2 2d n
二、热 力 学 基 础
Q ( E2 E1 ) A dQ dE dA
准静态过程的情况下
4. 摩尔数相同的两种理想气体 一种是氦气,一种是氢气,都从 相同的初态开始经等压膨胀为原 来体积的2倍,则两种气体( A ) (A) 对外做功相同,吸收的热量 不同. (B) 对外做功不同,吸收的热量 相同. (C) 对外做功和吸收的热量都不 同. (D) 对外做功和吸收的热量都相 同. A=P(V2-V1)

热力学第一定律习题课 (1)全


= 1.3%
(5)
P
qm ws
220 t/h103 kg/t 3600 s/h
1.1361 03
kJ/kg
=
6.94 104
kW
讨论
(1)本题的数据有实际意义,从计算中可以看到,忽略进出 口的动、位能差,对输轴功影响很小,均不超过3%,因此在实 际计算中可以忽略。 (2)蒸汽轮机散热损失相对于其他项很小,因此可以认为一 般叶轮机械是绝热系统。
m2u2 m1u1 m2 m1 h 0
u2
m2
m1 h
m2
m1u1
方法三 取充入气罐的m2-m1空气为闭口系
Q U W
Q 0 ? W ? U ?
U m2 m1 u2 u
W W1 W2 m2 m1 pv W2
2
则 Q23 U23 W23 U3 U2 87.5 kJ175 kJ 87.5 kJ
U1 U3 U123 87.5 kJ (77.5 kJ) 165 kJ
讨论
热力学能是状态参数,其变化只决定于初 终状态,于变化所经历的途径无关。
而热与功则不同,它们都是过程量,其变 化不仅与初终态有关,而且还决定于变化所 经历的途径。
1 2
(cf23
c22 )
ws
因为w3 0,所以
燃烧室 压 气 机
cf 3' 2 q (h3' h2 ) cf22
2 670103 J/kg- (800 - 580) 103 J/kg + (20 m/s)2 = 949 m/s
( 4 ) 燃气轮机的效率
取燃气轮机作为热力系,因为燃气在
( 5 ) 燃气轮机装置的总功率 装置的总功率=燃气轮机产生的功率-压气机消耗的功率

第5章热力学第二定律习题课

a 1000 1.5 1.7 0.65
0.73
解: 取容器内全部气体为系统。 按题给,对所定义的系统应有 Q = 0, W = 0, U = UA + UB = 0 据此, 若UA 反之, 若UA UB UB
s 部 组 u 分 别 kJ/kg kJ/(kgK ) A a 1000 1.5
例 5-7 右图所示为 3 个可逆的热机 循环 A 、 B 、 C ,试分析比较它们 的热效率大小关系。 解:所给三个循环的平均吸热温度 和平均放热温度分别为:
TA1 T1; TA2 T2; 1 TB1 (T1 T2); 2 TB2 T2;
T T1 A B C
T2
s
TC1 T1 TC 2 1 (T1 T2 ) 2
]
例 5.10 已知室内温度为 20℃ ,电冰箱内恒定地保持为 15℃,如果为此每分钟需从冰箱内排除热量221 kJ的热 量,问该电冰箱的压缩机功率至少需有多少kW? 解:当电冰箱按逆卡诺循环工作时耗功最少 卡诺电冰箱的制冷系数应为 T2 258 c 7.3417 T1 T2 293 258 电冰箱每分钟的功耗 q2 221 w 29.98 kJ/min c 7.3714 电冰箱压缩机所需的功率至少为 N = w / 60 = 29.98 / 60 = 0.5 kW

2
q
T
1
0
因此,题给t2=180℃是不可能的。
b.按题给,当t2=250℃时,过程的熵产量为
T2 s g s cP ln R ln T1 523 1.004 ln 0.287 ln 298 0..10283kJ /( kg K )
因此,过程造成的可用能损失
P2 P 1 0.5 0.1

大学物理第五版 热力学习题课

3 2 R 定压摩尔热容 ,定压摩尔热容C
3 ,定
p,m=
5
2
R 。
9、一定量的理想气体,从相同状态开始分别经过等压、 、一定量的理想气体,从相同状态开始分别经过等压、
等体及等温过程, 等体及等温过程,若气体在上述各过程中吸收的热量 等温 相同,则气体对外界作功最多的过程为____________ 相同,则气体对外界作功最多的过程为____________。
热 力 学
习 题 课
第12章 提要
掌握两方面内容: 掌握两方面内容: 理想气体状态方程; 理想气体的压强、 一、理想气体状态方程;二、理想气体的压强、能量计算 1、气态方程; 、气态方程;
m′ pV = RT M R ( K=N A
)
N n= V
1 2 2 p = nmv = nεk 3 3
2、气体的压强 、
5 5 ∆E2 = R(T3 −T2 ) = ( pV3 − p2V2 ) 3 2 2 5 2 2 = ×(1.01×32×10 − 4.04×2×10 ) J 2 3 = 6.06×10 J
过程II气体吸热 过程II气体吸热 II
Ι
( p1 , V1 )
ΙΙ
p3 = p1
O
V
Q2 = W2 +∆E2 = 4.85×103 J+ 6.06×103 J =1.09×104 J
;
P = P =100Pa ; B c
VA =Vc =1m3
VB = 3m
3
(1)C—A为等容过程: A为等容过程:
PA TA PTA = ∴Tc = c =100K P Tc c P
A
C—B为等压过程: B为等压过程:
VB TB = Vc Tc

物理2-7热学+习题课


T0 效率为 H 1 TH
TH Q R
TL Q R
T0 则不可利用能为 Q AH Q TH
T0
Байду номын сангаас
T0
当此可逆热机 R工作于TL和T0之间时,同理可得 不可利用能为 Q AL Q T0 TL
则不可利用能的增量

T0 T0 Q( ) T0 S 0 TL TH
温熵图 T S
绝热 T 等熵
dQ dS T
等体 等压
dQ Td S
dQ dE p dV CV dT p dV
等压 dQ CV dT R dT Td S (CV R) dT
dS=0 dS
等温 S
dT dS C p T S C p ln T C
C pdT
d Q d Q dQ dQ dS dS1 dS2 T2 T1 T1 T2
0
了整个系统熵的增加,系统的总熵只有在可逆过程中才 是不变的.-----熵增加原理.
例: 1kg,20 º C的水与100 º C的热源接触,使水温达到100 º C,
求 (1)水的熵变; (2)热源的熵变; (3)水与热源作为一孤立系统,系统的熵变. (水的比热 c =4.18103 J· -1K-1) kg 解: (1)水温升高是不可逆的.为便于计算设计一系列温 差无限小的热源,与水逐一接触…...近似为可逆过程. T2 McdT dQ T2 Mc ln 水的熵变: S水 T1 T T T1
例:
热量Q从高温热源TH传到低温热源TL, 计算此热传递过程的熵变; 并计算Q从高温热源TH 传到低温热源TL后,不可利用能(能量退化)的增加。 解:
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