工程热力学 第五章 思考题
工程热力学 第五章 思考题
工程热力学第五章思考题工程热力学第五章思考题 5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立 1功量可以转换成热量但热量不能转换成功量。
答违反热力学第一定律。
功量可以转换成热量热量不能自发转换成功量。
热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机但对于可逆定温过程所吸收的热量可以全部转换为功量与此同时自身状态也发生了变化。
从自发过程是单向发生的经验事实出发补充说明热不能自发转化为功。
2自发过程是不可逆的但非自发过程是可逆的。
答自发过程是不可逆的但非自发过程不一定是可逆的。
可逆过程的物理意义是一个热力过程进行完了以后如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态而不留下任何痕迹则此过程称为可逆过程。
自发过程是不可逆的既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。
根据孤立系统熵增原理可逆过程只是理想化极限的概念。
所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。
3从任何具有一定温度的热源取热都能进行热变功的循环。
答违反普朗克-开尔文说法。
从具有一定温度的热源取热才可能进行热变功的循环。
5-2 下列说法是否正确 1系统熵增大的过程必须是不可逆过程。
答系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。
只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。
根据孤立系统熵增原理非自发过程发生必有自发补偿过程伴随由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小总的效果必须使孤立系统上增大或保持。
可逆过程只是理想化极限的概念。
2系统熵减小的过程无法进行。
答系统熵减小的过程可以进行比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程系统对外放热熵减小。
3系统熵不变的过程必须是绝热过程。
答可逆绝热过程就是系统熵不变的过程但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增不一定是可逆绝热过程。
4系统熵增大的过程必然是吸热过程它可能是放热过程吗答因为反应放热所以体系的焓一定减小。
但体系的熵不一定增大因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。
工热课后思考题答案
第一章基本概念与定义1．答：不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2．答：这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。
11．答：不一定。
主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
第二章热力学第一定律1．答：将隔板抽去，根据热力学第一定律w u q +∆=其中0,0==w q 所以容器中空气的热力学能不变。
工程热力学第五章(2)作业答案
题5-11 某气缸中气体，首先经历一个不可逆过程，从温度600K 的气源中吸取100kJ 的热量，使热力学能增加30kJ ，然后在通过一可逆过程，使气体恢复到初始状态。
该过程只有气体与600K 热源发生热交换，已知热源经历上述两个变化过程后熵的变化为0.026kJ/K 。
求（1）不可逆过程气体对外所做的功。
（2）可逆过程中气体与热源交换的热量，气体所完成的功量。
解：（1）由热力学第一定律1003070q w du w q du kJ δδδδ=+⇒=-=-=（2）根据熵方程，两个过程中热源和气体之间交换的总热量为：6000.02615.6t q Tds kJ δ==⨯=不可逆过程热源向气体放出热量为100kJ ，故可逆过程中，气体热量变化：15.6100115.6re total q q q kJ δδδ=-=--=-（负号表示可逆过程中气体放热）由热力学第一定律，可逆过程气体完成的功量：115.6(30)85.6q w du w q du kJ δδδδ=+⇒=-=---=-新题5-12 有一台可逆热机，工质为理想气体，在其循环1-2-3-1中，1-2为定容加热过程，2-3为绝热膨胀过程，3-1为定压放热过程，证明该循环的热效率，并将该循环的过程表示在p-v 及T-s 图上。
证明：过程1-2工质吸热量：()121v q c T T =- 过程2-3工质做功：()231Rw T T k =-- 过程3-1工质放热：()231p q c T T =- 该循环的效率为：()()313131211211212111111111p p t v v c T T c T T v v q T k q c T T c T T T p p η---=-=-=-⋅⋅=-⋅---新题5-13 在热源T1和冷源T2之间进行1-2-3-4-1循环，其中1-2为定温吸热过程，2-3为定容放热过程，温度由T1将为T2,3-4为定温放热过程，4-1为定熵压缩过程，求该循环效率的计算式，并将该循环的过程表示在p-v 及T-s 图上。
工程热力学课后思考题及答案
⼯程热⼒学课后思考题及答案第⼀章思考题1、如果容器中⽓体压⼒保持不变，那么压⼒表的读数⼀定也保持不变，对吗？答：不对。
因为压⼒表的读书取决于容器中⽓体的压⼒和压⼒表所处环境的⼤⽓压⼒两个因素。
因此即使容器中的⽓体压⼒保持不变，当⼤⽓压⼒变化时，压⼒表的读数也会随之变化，⽽不能保持不变。
2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系答：平衡（状态）值的是热⼒系在没有外界作⽤（意即热⼒、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重⼒场作⽤）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热⼒系在没有外界作⽤时的时间特征-与时间⽆关。
所以两者是不同的。
如对⽓-液两相平衡的状态，尽管⽓-液两相的温度，压⼒都相同，但两者的密度差别很⼤，是⾮均匀系。
反之，均匀系也不⼀定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”⼜可能是统⼀的。
如对于处于平衡状态下的单相流体（⽓体或者液体）如果忽略重⼒的影响，⼜没有其他外场（电、磁场等）作⽤，那么内部各处的各种性质都是均匀⼀致的。
3、“平衡”和“过程”是⽭盾的还是统⼀的？答：“平衡”意味着宏观静⽌，⽆变化，⽽“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以⼆者是有⽭盾的。
对⼀个热⼒系来说，或是平衡，静⽌不动，或是运动，变化，⼆者必居其⼀。
但是⼆者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个⽭盾的东西有条件地统⼀在⼀起了。
这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热⼒系的作⽤缓慢得⾜以使热⼒系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
4、“过程量”和“状态量”有什么不同？答：状态量是热⼒状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；⽽过程量不是热⼒状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的⼤⼩与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。
因此它的循环积分不是零⽽是⼀个确定的数值。
习题1-1 ⼀⽴⽅形刚性容器，每边长 1 m ，将其中⽓体的压⼒抽⾄ 1000 Pa ，问其真空度为多少毫⽶汞柱?容器每⾯受⼒多少⽜顿？已知⼤⽓压⼒为 0.1MPa 。
工程热力学第5章习题答案
第5章 热力学第二定律5-1 当某一夏日室温为30℃时，冰箱冷藏室要维持在-20℃。
冷藏室和周围环境有温差，因此有热量导入，为了使冷藏室内温度维持在-20℃，需要以1350J/s 的速度从中取走热量。
冰箱最大的制冷系数是多少？供给冰箱的最小功率是多少？ 解： 制冷系数：22253 5.0650Q T W T T ε====−5-4 有一卡诺机工作于500℃和30℃的两个热源之间，该卡诺热机每分钟从高温热源V吸收1000kJ ，求：（1）卡诺机的热效率；（2）卡诺机的功率（kW ）。
解：1211500304700.608273500733T T W Q T η−−=====+110000.60810.1360W Q η=⋅=×= kw5-5 利用一逆向卡诺机作热泵来给房间供暖，室外温度（即低温热源）为-5℃，为使室内（即高温热源）经常保持20℃，每小时需供给30000kJ 热量，试求：（1）逆向卡110000100006894.413105.59C W Q =−=−=kJ热泵侧：'C10C C Q W T T T =− '103333105.5922981.3745C C C T Q W T T =⋅=×=− 暖气得到的热量：'1C16894.4122981.3729875.78C Q Q Q =+=+=总kJ5-7 有人声称设计出了一热机，工作于T 1=400K 和T 2=250K 之间，当工质从高温热源吸收了104750kJ 热量，对外作功20kW.h ，这种热机可能吗？解： max 12114002501500.375400400C W T T Q T η−−===== max 11047500.37510.913600C W Q η×=⋅==kW h ⋅＜20kW h ⋅∴ 这种热机不可能5-8 有一台换热器，热水由200℃降温到120℃，流量15kg/s ；冷水进口温度35℃，11p 烟气熵变为：22111213731.46 6.41800T T p p n n T T Q T dTS c m c mL L T T T∆====××=−∫∫kJ /K 热机熵变为02．环境熵变为：图5-13 习题5-92210Q S S T ∆==−∆ ∴201()293 6.411877.98Q T S =⋅−∆=×=kJ 3.热机输出的最大功为：0123586.81877.981708.8W Q Q =−=−=kJ5-10 将100kg 、15℃的水与200kg 、60℃的水在绝热容器中混合，假定容器内壁与水之间也是绝热的，求混合后水的温度以及系统的熵变。
工程热力学第五章思考题
工程热力学第五章思考题5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立？（1）功量可以转换成热量，但热量不能转换成功量。
答：违反热力学第一定律。
功量可以转换成热量，热量不能自发转换成功量。
热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机，但对于可逆定温过程，所吸收的热量可以全部转换为功量，与此同时自身状态也发生了变化。
从自发过程是单向发生的经验事实出发，补充说明热不能自发转化为功。
（2）自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆的。
答：自发过程是不可逆的，但非自发过程不一定是可逆的。
可逆过程的物理意义是：一个热力过程进行完了以后，如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态，且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态，而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。
自发过程是不可逆的，既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。
根据孤立系统熵增原理，可逆过程只是理想化极限的概念。
所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。
（3）从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热变功的循环。
答：违反普朗克-开尔文说法。
从具有一定温度的热源取热，才可能进行热变功的循环。
5-2 下列说法是否正确？（1）系统熵增大的过程必须是不可逆过程。
答：系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。
只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。
根据孤立系统熵增原理，非自发过程发生必有自发补偿过程伴随，由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小，总的效果必须使孤立系统上增大或保持。
可逆过程只是理想化极限的概念。
（2）系统熵减小的过程无法进行。
答：系统熵减小的过程可以进行，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。
（3）系统熵不变的过程必须是绝热过程。
答：可逆绝热过程就是系统熵不变的过程，但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增，不一定是可逆绝热过程。
（4）系统熵增大的过程必然是吸热过程，它可能是放热过程吗？答：因为反应放热，所以体系的焓一定减小。
但体系的熵不一定增大，因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。
工程热力学课后思考题答案
⒎ 几股流体汇合成一股流体称为合流，如图2-12所示。工程上几台压气机同时向主气道送气，以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取1-1、2-2和3-3截面之间的空间为控制体积，列出能量方程式，并导出出口截面上焓值h3的计算式。
答：认为合流过程是绝热的稳态稳流过程，系统不作轴功，并忽略流体的宏观动能和重力位能。对所定义的系统，由式(2-28)
⒍ .开口系实施稳定流动过程，是否同时满足下列三式：
上述三式中W、Wt和Wi的相互关系是什么?
答：是的，同时满足该三个公式。
第一个公式中dU指的是流体流过系统时的热力学能变化，?W是流体流过系统的过程中对外所作的过程功；第二个公式中的?Wt指的是系统的技术功；第三个公式中的?Wi指的是流体流过系统时在系统内部对机器所作的内部功。对通常的热工装置说来，所谓“内部功”与机器轴功的区别在于前者不考虑机器的各种机械摩擦，当为可逆机器设备时，两者是相等的。从根本上说来，技术功、内部功均来源于过程功。过程功是技术功与流动功（推出功与推进功之差）的总和；而内部功则是从技术功中扣除了流体流动动能和重力位能的增量之后所剩余的部分。
（注意：系统完成任何一个循环后都恢复到原来的状态，但并没有完成其“逆过程”，因此不存在其外界是否“也恢复到原来状态”的问题。一般说来，系统进行任何一种循环后都必然会在外界产生某种效应，如热变功，制冷等，从而使外界有了变化。）
⒒ 工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？
⒑ 系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？若上述正向及逆向循环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？
答：系统完成一个循环后接着又完成其逆向循环时，无论循环可逆与否，系统的状态都不会有什么变化。根据可逆的概念，当系统完成可逆过程（包括循环）后接着又完成其逆向过程时，与之发生相互作用的外界也应一一回复到原来的状态，不遗留下任何变化；若循环中存在着不可逆因素，系统完成的是不可逆循环时，虽然系统回复到原来状态，但在外界一定会遗留下某种永远无法复原的变化。
工程热力学第三版第五章曾丹苓答案
工程热力学第三版第五章曾丹苓答案第一题问题：为什么工程热力学中熵函数可以视为状态参量？在工程热力学中，熵函数是一个很重要的物理量，它可以用于描述系统的无序程度和能量分布均匀程度。
熵函数被定义为系统的状态参量，因为它只取决于系统的初始状态和终态，并且与路径无关。
其原因可以从以下两个方面解释：1.熵函数的数学性质：熵函数具有可加性和广延性的数学性质。
对于一个复合系统，其熵等于各个组成部分的熵之和。
这个性质导致熵函数可以作为状态参量来描述系统的热力学状态。
2.熵函数与平衡态：在平衡态下，系统的熵函数达到最大值，这也是热力学第二定律的表述之一。
因此，熵函数可以作为判断系统是否处于平衡态的指标。
综上所述，由于熵函数具有可加性、广延性和与平衡态的关系，使得熵函数在工程热力学中可以被视为状态参量。
问题：怎样理解熵的微观本质？熵在工程热力学中是一个非常重要的概念，它可以用来描述系统的无序程度和能量分布均匀程度。
从微观的角度来理解熵的本质，可以有以下几个方面的解释：1.微观粒子的随机运动：根据统计力学的角度，熵可以理解为微观粒子的随机运动的度量。
微观粒子的随机运动越强烈，系统的熵越大，即系统的无序程度越高。
2.能量的分布均匀性：熵还可以理解为系统中能量的分布均匀程度的度量。
当系统中能量更加均匀地分布时，系统的熵将会增加。
3.系统的信息量：熵还可以解释为系统中所包含的信息量。
当一个系统的状态可能性更多时，它所包含的信息量也就越大，此时系统的熵也会增加。
因此，从微观角度来理解，熵可以看作是微观粒子的随机运动、能量分布均匀性和系统的信息量所耦合的结果。
问题：什么是可逆过程和不可逆过程？在工程热力学中，可逆过程和不可逆过程是描述系统变化方式的两个重要概念。
可逆过程是指系统从一个热力学平衡态通过一系列连续的无限小的热力学平衡态经过的过程。
在可逆过程中，系统的每一个状态都可以与外界的环境达到瞬时的热力学平衡。
可逆过程是理论上的概念，意味着系统在整个过程中没有任何内部或外部的不均匀分布或不均匀性。
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工程热力学第五章思考题
5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立？
（1）功量可以转换成热量，但热量不能转换成功量。
答：违反热力学第一定律。
功量可以转换成热量，热量不能自发转换成功量。
热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机，但对于可逆定温过程，所吸收的热量可以全部转换为功量，与此同时自身状态也发生了变化。
从自发过程是单向发生的经验事实出发，补充说明热不能自发转化为功。
（2）自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆的。
答：自发过程是不可逆的，但非自发过程不一定是可逆的。
可逆过程的物理意义是：一个热力过程进行完了以后，如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态，且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态，而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。
自发过程是不可逆的，既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。
根据孤立系统熵增原理，可逆过程只是理想化极限的概念。
所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。
（3）从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热变功的循环。
答：违反普朗克-开尔文说法。
从具有一定温度的热源取热，才可能进行热变功的循环。
5-2 下列说法是否正确？
（1）系统熵增大的过程必须是不可逆过程。
答：系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。
只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。
根据孤立系统熵增原理，非自发过程发生必有自发补偿过程伴随，由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小，总的效果必须使孤立系统上增大或保持。
可逆过程只是理想化极限的概念。
（2）系统熵减小的过程无法进行。
答：系统熵减小的过程可以进行，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。
（3）系统熵不变的过程必须是绝热过程。
答：可逆绝热过程就是系统熵不变的过程，但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增，不一定是可逆绝热过程。
（4）系统熵增大的过程必然是吸热过程，它可能是放热过程吗？
答：因为反应放热，所以体系的焓一定减小。
但体系的熵不一定增大，因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。
而放热反应会使环境获得热量，熵增为ΔH/T。
体系的熵也可以减小，只要减小的量小于ΔH/T，总熵就为正，反应就能自发进行。
（5）系统熵减少的过程必须是放热过程。
可以是吸热过程吗？
答：放热的过程同时吸热。
（6）对不可逆循环，工质熵的变化∮ds 0。
答：∮ds=0。
（7）在相同的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则不可逆过程中工质熵的变化大于可逆过程工质熵的变化。
答：熵是状态参数，和过程无关，其变化应该相等。
（8）在相同的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则两过程中，工质与外界之间传递的热量不相等。
答：因为热源等条件没有确定。
5－3循环的热效率越高，则循环净功越大；反之，循环的净功越多，则循环的热效率也越高，对吗？
答：此说法不对。
循环净功并不唯一取决于热效率，得综合考虑Wnet和Q1。
卡诺热机的热效率只取决于高温热源及低温热源的温度，提高高温热源的温度和降低低温热源的温度均可提高循环热效率。
5－4两种理想气体在闭口系统中进行绝热混合，问混合后气体的热力学能、焓及熵与混合前两种气体的热力学能、焓及熵之和是否相等？
答：不相等。
熵增加，焓不变，热力学能不变。
5－5任何热力循环的热效率均可用下列公式来表达： t＝1－q2／q1＝1－T1／T2，这一说法对吗？为什么？
答：此说法不对。
前者是用于任何工质、任何循环，后者是用于任何工质、卡诺循环。
5－6与大气温度相同的压缩气体可以从大气吸热而膨胀作功（依靠单一热源作功），这是否违背热力学第二定律。
答：不违背。
对于理想气体的定温过程，从单一热源吸热并膨胀做功，工质的状态发生了变化，所以不违背热力学第二定律。
5－7闭口系统进行一过程后，如果熵增加了，是否肯定它从外界吸热了热量，如果熵减少了，是否肯定它向外界外出了热量。
答：不能肯定；肯定。
熵增加，δq可能大于0，也可能小于0增加，所以不能判断该过程是否从外界吸热；熵减少，δq必小于0 减少，所以可以判断该过程向外界放出了热量。
5－8自然界中一切过程都是不可逆过程，那么研究可逆过程又有什么意义呢？
答：研究在不可逆过程中处于非平衡态的物理系统的热力学现象的宏观理论。
不可逆过程热力学是一个宏观理论，它对于非平衡现象的解释终究是有限度的。
特别是热力学理论无法阐明各种复杂结构的形成机制及系统的涨落特性，这些就需要更深入的理论──非平衡态统计物理学（见统计物理学）来完成。
在物理学、化学系统中，热传导、扩散、电导、化学反应等是一些基本的非平衡现象，应用不可逆过程热力学的原理讨论这些现象，可以得到有意义的具体结果。
5－9第二类永动机与第一类永动机有什么不同。
答：是否依靠单一热源。
第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断做功的循环发动机，称为第一类永动机。
第二类永动机：从单一热源取得热量并使之完全转化为机械能而又不引起其他变化的循环发动机，称为第二类永动机。
5－10T－s图在热力学应用中有什么重要作用？不可逆过程能否在T－s图熵准确表示出来？答：以T(气温)为横坐标,，S(熵)为纵坐标的热力图。
该图可以同时表示系统所吸的热及所做的功。
不可逆过程无法再在T－s图熵准确表示出来。
5－12闭口系统经历一个不可逆过程，系统对外作功10kJ，并向外放热5kJ，问该系统熵的变化是正、是负还是可正可负？
答：可正可负。
熵是状态参数，功和热量都是过程量，所以系统熵变不能确定。
5－13闭口系统从热源取热5000kJ，系统的熵增加为20kJ／K，如系统在吸热过程中温度保持为300K，问这一过程是可逆的、不可逆的还是不能实现的。
答：5000/300<20 不可逆。