第五章 热力学第二定律习题
《工程热力学》第四次小测验
（热力学第二定律部分）试卷A
专业班级姓名学号成绩
一．是非题
1. 一切熵增过程全是自发的。
（）
2. 由于火车紧急刹车，使动能全部变为热能，因而从理论上说，动能的可用能全部损失了（）
3. 对于可逆循环∮dS=0，对于不可逆循环∮dS>0。
（）
4. 定容加热过程1-2，定压放热过程2-3和定熵过程3-1构成的循环1-2-3-1中，系统与外界换热量为q（1-2-3）；定压放热过程1-4，定容加热过程4-3和定熵过程3-1构成的循环1-4-3中，系统与外界换热量为q（1-4-3）,若比较二者绝对值的大小，则必然有q（1-2-3）>q（1-4-3）。
（）
5. 卡诺循环的热效率只与冷热源的温度差值有关。
（）
6. 任何不可逆过程中工质的熵总是增加的，而可逆过程中工质的熵总是不变的。
（）
7. 孤立系统熵增原理表明：孤立系统内各部分的熵全是增加的。
（）
8. 系统的熵增加时，其作功能力一定下降。
（）
二．填空题
1. 一绝热容器A中充有空气，温度和压力分别为T和P。
B为真空，隔板抽出后，气体的内能（），熵将（）。
2. 可逆过程熵变的定义式为（）。
3. 熵增原理适用于（）系统，其内容是（）。
4. 循环热效率公式η=1-Q2/Q1适用于（）循环；公式η=1-T2/T1适用于（）循环。
5. 自然界中一切自发过程均将引起孤立系统（）一切非自发过程均将引起孤立系统（），而一切非自发过程只有在（）伴随下才能实现，以使整个孤立系统的（）为正值。
6. 卡诺循环是由两个等温过程和两绝热过程构成的可逆循环，如果两个可逆循环的冷热源温度相等，则两个可逆循环的热效率均等于相应的卡诺循环热效率，其根据是（）。
三．选择题
１.热机从热源取热1000kJ，对外作功1000kJ，其结果是（）
A.违反热力学第一定律；
B. 违反热力学第二定律;
C. .违反热力学第一、第二定律
D.不违反热力学第一及第二定律
2. 从同一初态出发的两个过程，一为可逆过程，一为不可逆过程。
若两过程中工质的温度不变，工质得到相同的热量，则可逆与不可逆过程终态熵值之间的关系为（）
A.S=S’
B.S>S’
C.S<S’
D.无法判断
3. 卡诺定理表明：所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切热机的热效率（）
A. 都相等，与所用工质无关；
B. 不相等，以可逆热机的热效率为最高
C. 均相等，仅仅取决于热源和冷源的温度；
D. 不相等，与所采用的工质有关系
4. 孤立系统中，进行可逆过程的结果是（）
A. 总熵不变
B. 总熵不变或增加
C. 各组成物体的熵不变
D. 各组成物体的熵不变或增加
5. 闭口系统经历一可逆过程，向外作功15kJ，内能增加15kJ，这时该系统熵的变化量是（）
A. 正值；
B. 负值；
C. 0；
D. 正，负或0
四．简答题
１.在不可逆绝热稳定流动过程中，产生轴功20kJ，问此时流体熵的变化是正、是负，还是可正可负？系统熵的变化是正、是负，还是零？
２.闭口系统经历一过程，其熵变化为25kJ/K，从300K热源吸热6000kJ，此过程是可逆、不可逆、不可能？
３.孤立系统熵增原理
五．计算题
１.有一可逆热机，自高温热源T1吸热，向量低温热源T2和T3放热，如图所示。
已知T1=727℃, T3=127℃, Q1=1000kJ, Q2=300kJ,W=500kJ,
试求：1）Q3;
2）可逆热机热效率
3）T2
4）三热源和热机熵变
5）在T-S图上表示热机循环
T 1
Q1
W0
Q2Q3
T2T3
２.空气压缩前，状态P1=1bar，t1=27℃，V1=0.005m3，经过n=1.3的过程，压缩到V2=0.001m3，假定环境温度为27℃，求压缩过程中空气及环境总的熵变化量。
（空气Cp=1.004kJ/kgK，R=0.287kJ/kgK）
3．1kg空气温度为20℃,压力为1Mpa，向真空作绝热自由膨胀，容积增加了4倍，求膨胀后的温度，压力和熵的变化（空气按定比热理想气体处理。
气体常数R=0.287kJ/kgK）
第四次小测验 试卷A 一、是非题
1.×
2.×
3.×
4.×
5.×
6.×
7.×
8.× 二、填空题 1.不变；增加 2.rev (
)q
ds T
δ=
3.绝热闭口系统或孤立；绝热闭口系统或孤立系统的熵只能增加（不可逆过程）或保持不变（可逆过程），而绝不能减少。
任何实际过程都是不可逆过程，只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。
4.任何；卡诺
5.熵增加；能量变化；自发过程；熵变化量
6.卡诺定理 三、选择题
1.B
2.C
3.B
4.A
5.A 四、简答题
1. 开口系统熵方程为c,v f g in in out out dS dS dS s m s m δδ=++- 对于稳定流动过程：in out m m m δδδ==，c,v 0dS =
∴系统熵的变化为零。
即f g in out 0()dS dS m s s δ=++-
若以τ∆时间内kg m 流动工质为对象，则
21g Q
S S S T
δ-=+∆⎰
由于为绝热过程
21g S S S ∴-=∆
由于为不可逆过程，因此g 0S ∆>
210S S ∴->，即流体熵的变化为正值。
2.由闭口系统熵方程：sys f g S S S ∆=+ 而f 600020kJ/K 300
Q S T =
== g sys f 25205kJ/kg>0S S S ∴=∆-=-=
因此，此过程为不可逆过程。
2. 绝热闭口系统或孤立系统的熵只能增加（不可逆过程）或保持不变（可逆过程），而绝不
能减少。
任何实际过程都是不可逆过程，只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。
这就是孤立系统的熵增原理。
五、计算题
1.解：由231Q Q W Q ++= 3121000300500200kJ Q Q Q W ∴=--=--= 可逆热机热效率t 150050%1000
W Q η=
== 对于由可逆热机、高温热源1T 、低温热源2T 、3T 组成的孤立系统的可逆过程：iso 0∆= 即：
1230S S S S ∆+∆+∆+∆=热机，由于是可逆热机，因此0S ∆=热机
而11110001kJ/K 1000Q S T --∆=
==-；333200
0.5kJ/K 400Q S T ∆===；222
Q S T ∆= 2
100010.50T ∴-++
=2600K T ∴=，222300
0.5kJ/K 600Q S T ∆==
=
2.解：由pV mRT =51100.005
0.0058kg 287300
pV m RT ⨯⨯∴==≈⨯ 由
n-12112()T V T V =n-1(1.31)
12120.005()(27273)(
)486K 0.001V T T V -∴==+⨯≈ 由
n 1221
()p V p V =n 5 1.3
12120.005()110(
)8.1bar 0.001V p p V ∴==⨯⨯≈ 422air air p 114868.1(ln
ln )0.0058(1.004ln 0.287ln ) 6.7310kJ/K 3001
T p S m s m C R T p -∆=∆=-=⨯⨯-⨯≈-⨯压
缩
空
气
过
程
中
T 1 T 2
T 3
Q 1
Q 2 Q 3 W 0
v 21 1.3 1.4
()0.0058(1.0040.287)(486300)0.2578kJ 1 1.31
n k Q mq m
C T T n --==⨯-=⨯⨯-⨯-≈---放环境的吸热量0.2578kJ Q Q =-=吸放
4sur
sur 0.25788.5910kJ/K 27273
Q S T -∴∆==≈⨯+吸 444air sur 6.73108.5910 1.8610kJ/K S S S ---∴∆=∆+∆=-⨯+⨯=⨯
3.解：由闭口系统能量方程Q U W =∆+
由于是绝热自由膨胀，0Q ∴= 0W = 0U ∴∆= 而空气可作为理想气体处理，因此 v 21()0C T T -= 即 2120273293K T T ==+= 由1122p v p v =得：
111211a 211110.2P 455
v v p p p p M v v v =
===⨯=+ 2
1
ln
10.287ln 50.462kJ/K v S m s mR v ∴∆=∆==⨯⨯=。
热力学第二定律(习题)
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例题
将1mol、298K 的O2(g) 放在一恒压容器中，由 容器外的 13.96K 的液态 H2作冷却剂，使体系 冷却为 90.19K 的 O2 (l)。已知 O2在 90.19K 时 的摩尔气化热为 6.820 kJ·mol-1，试计算该冷却 过程中的体系熵变、环境熵变和总熵变。
−1
∴∆G = ∆H − ∆(TS ) = ∆H − (T2 S2 − T1S1 ) = −29488 J
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例题
(C ) ∵ ∆S = nCv ,m ln(T2 T1 ) = 1.5 R ln 2 = 8.644 J ⋅ K −1 ∴ S 2 = S1 + ∆S = 108.6 J ⋅ K
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例题
1mol He(视为理想气体) 其始态为V1＝22.4 dm3， T1＝273K，经由一任意变化到达终态，P2＝202.65 kPa，T2＝303K。试计算体系的熵变。
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例题
解: 终态的体积为 V2= nRT2/P2=8.314×303/202.65 = 12.43 dm3 该过程中体系的熵变为: ∆S = nCV, m ln(T2/ T1)+nRln(V2/ V1) = n3/2 Rln(T2/ T1)+nRln(V2/ V1) =1×8.314×[3/2ln(303/273)+ln(12.43/22.4)] =-3.60 J·K-1
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例题
298.15K 时，液态乙醇的摩尔标准熵为 160.7J· K -1 ·mol -1，在此温度下蒸气压是 7.866kPa， 蒸发热为 42.635 kJ·mol-1。 计算标准压力PӨ下，298.15K 时乙醇蒸气的摩尔标 准熵。假定乙醇蒸气为理想气体。
热力学第二定律练习题
Q
Q1 Q2 Q3 0 Tr T1 T2 T3
Q3 1500KJ
解得
W Q1 Q2 Q3 300 KJ
第二种情况，若设循环向 T2 200K 的热源吸热 Q2 对于可逆循环，克劳修斯积分
800 KJ
如（c）
即 解得
Q
Q1 Q2 Q3 0 Tr T1 T2 T3
'
于是 288 0.65 （T -288）=2.03 （ ' ） T0 288
' 0
2.03 288 （T -288） 899.5 0.65
' 0 2
T 318K
' 0
5.9 某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作．如下图 所示，试判断是热机循环？还是制冷循环？是可逆循环？ 还是不可逆循环？ 解：根据热力学第一定律，无沦是热机机循环．还是制冷 循环；
5.3 如果一台窗式空调机放在室内桌子上运行，问室温上升、 下降、还是维持不变？ 5.4 制冷循环的性能系数能否小于1或大于1？那么对热泵循 环的性能系数又咋样? 5.5 某人声称用120℃的高压水蒸气通过传热将少量的水的温 度提高到150℃。这合理吗？ 5.6 用热泵对房子采暖，其性能系数为2.5。即，热泵没消耗 1kWh电力就给房间供热2.5Wh。这是否违反第一定律？ 为什么？ 5.7 某人声称开发出电阻加热器每消耗1kwh电力就给房间供 热1.2wh。这合理吗?是永动机吗？为什么？
1
Q2 4000 SL 10 KJ / K T2 400
所以 Siso SH + SL SE 10KJ / K 0
因此，此循环为不可逆循环。
工程热力学05章习题提示与答案
习题提示与答案 第五章 热力学第二定律5-1 蒸汽机中所用新蒸汽的温度为227 ℃，排出乏汽的温度为100 ℃，如按卡诺循环计算，试求其热效率。
提示：新蒸汽与乏汽的温度分别看做卡诺循环的高、低温热源温度。
答案： 254.0t =η。
5-2 海水表面温度为10 ℃，而深处的温度为4 ℃。
若设计一热机利用海水的表面和深处作为高温热源及低温热源并按卡诺循环工作，试求该热机的热效率。
提示：略。
答案： 2021.0t =η。
5-3 一卡诺热机的热效率为40%，若它从高温热源吸热4 000 kJ/h ，而向25 ℃的低温热源放热，试求高温热源的温度及热机的功率。
提示：略。
答案： 4971r =T K ，44.0=P kW 。
5-4 某内燃机每作出1 kW h 的功需消耗汽油514.8 g 。
已知每千克汽油燃烧时可放出41 868 kJ 的热量，试求该内燃机的实际热效率。
提示：热机的吸热量等于燃料的放热量。
答案：167.0t =η。
5-5 有报告宣称某热机自160 ℃的热源吸热，向5 ℃的低温环境放热，而在吸热1 000 kJ/h 时可发出功率0.12 kW 。
试分析该报告的正确性。
提示：热机热效率不可能大于在相同温度范围内工作的卡诺热机的热效率。
答案：报告不正确，不可能实现。
5-6 有A 、B 两个卡诺热机，A 从温度为700 ℃的热源吸热，向温度为t 的热源放热。
B 则从温度为t 的热源取得A 排出的热量并向温度为100 ℃的热源放热。
试求：当两热机的循环净功相同或两热机的热效率相同时温度t 的数值。
提示：卡诺循环热效率121211T T Q Q tc -=-=η。
答案：两热机循环净功相同时='t 400 ℃，两热机热效率相同时="t 329.4 ℃。
5-7 以氮气作为工质进行一个卡诺循环，其高温热源的温度为1 000 K 、低温热源的温度为300 K ；在定温压缩过程中，氮气的压力由0.1 MPa 升高到0.4 MPa 。
工程热力学复习参考题-第五章
第五章 热力学第二定律一、选择题1 制冷循环工质从低温热源吸热q 2,向高温热源放热q 1，其制冷系数等于AA ． 212q q q - B ． 211q q q - C ． 221q q q - D ．121q q q - 2.供暖循环工质从低温热源吸热q 2, 向高温热源放热q 1，其热泵系数等于 BA ．212q q q - B ． 211q q q - C ．221q q q - D ．121q q q - 3.卡诺制冷循环的高温热源为温度T 0环境，低温热源温度为T 1，其制冷系数εc ＝ AA ．101T T T -B ．100T T T -C ．1- 10T TD ．1-01T T 4.卡诺供暖循环的冷源温度为T 0环境，热源温度为T 1，其热泵系数COP ＝ AA ．011T T T -B ．010T T T -C ．1-10T TD ．1-01T T 5.制冷系数ε的取值范围为DA ．大于1B ．大于1或等于1C ．小于1D ．大于1， 等于1或小于16.热泵系数COP 的取值范围为AA ．大于1B ．小于1或等于1C ．小于1D ．大于1，等于1或小于17.可逆循环的热效率与不可逆循环的热效率相比， DA ．前者高于后者B ．两者相等C ．前者低于后者D ．前者可以高于、等于、低于后者8.在两个恒温热源T 1和T 2之间（T 1> T 2）,概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环的热效率相比， BA ．前者高于后者B ．两者相等C ．前者低于后者D ．前者可以高于、等于、低于后者9.多热源可逆循环工质的最高温度为T 1，最低温度为T 2，平均吸热为1T ，平均放热温度为2T ，则其循环热效率为BA ．1-12T TB ．1－12T TC ．1- 2211T T T T --D ．1- 1122T T T T --10. 对于可逆循环，⎰T q δ B D A ．>0 B ．=0C ．<0D ．＝⎰ds 11. 不可逆循环的⎰T q δ C A ．>0 B ．=0C ．<0D ．≤0 12. 热力学第二定律指出C DA ．能量的总量保持守恒B ．第一类永动机不可能成功C ．热不能全部变为有用功D ．单热源热机不可能成功13. 理想气体经可逆定容过程从T 1升高到T 2，其平均吸热温度12T ＝ AA ．(T 2-T 1)/ln 12T T B ．C v (T 2-T 1)/ln 12T T C ．(T 2-T 1)/ C v ln 12T T D ．221T T + 14. 1～A ～2为不可逆过程，1～B ～2为可逆过程，则C DA ．⎰21A Tqδ>⎰21B T q δ B ．⎰21A T q δ=⎰21B T q δ C ．⎰21A T q δ<⎰21B T q δ D ．⎰21A ds ＝ ⎰21B ds 15. 自然现象的进行属于BCDA．.................................................................................................... 可逆过程B．不可逆过程C．具有方向性过程D．自发过程16. 克劳休斯关于热力学第二定律的表述说明CDA．热不能从低温物体传向高温物体B．热只能从高温物体传向低温物体C．热从低温物体传向高温物体需要补偿条件D．热只能自发地从高温物体传向低温物体17. 对卡诺循环的分析可得到的结论有: ABDA．提高高温热源温度降低低温热源温度可提高热效率B．单热源热机是不可能实现的C．在相同温限下，一切不可逆循环的热效率都低于可逆循环D．在相同温限下，一切可逆循环的热效率均相同18. 卡诺循环是B CA．由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环B．热效率最高的循环C. 热源与冷源熵变之和为零的循环D．输出功最大的循环19. 卡诺定理指出: ABCDA．在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆机的热效率均相同B．在相同高温热源和低温热源间工作的一切不可逆机的热效率必小于可逆机的热效率C．单热源热机是不可能成功的D．提高T1降低T2可以提高t20. A是可逆机，B是不可逆机。
热力学第二定律-习题精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版四、概念题（一） 填空题1.在高温热源T 1和低温热源T 2之间的卡诺循环, 其热温熵之和()1212Q Q T T +=。
循环过程的热机效率()η=。
2.任一不可逆循环过程的热温熵之和可以表示为()0Q T δ⎛⎫ ⎪⎝⎭⎰不可逆。
3.在绝热密闭的刚性容器中发生某一化学反应,此过程的()sys 0S ∆；()amb0S ∆。
4.系统经可逆循环后,S ∆（ ）0, 经不可逆循环后S ∆（ ）。
（填>,=,<）。
5.某一系统在与环境300K 大热源接触下经历一不可逆循环过程,系统从环境得到10kJ 的功,则系统与环境交换的热()Q =；()sys S ∆=；()amb S ∆=。
6.下列过程的△U 、△H 、△S 、△G 何者为零？⑴ 理想气体自由膨胀（ ）；⑵ H 2（g ）和Cl 2（g ）在绝热的刚性容器中反应生成HCl （g ）的过程( )；⑶ 在0 ℃、101.325 kPa 下水结成冰的相变过程（ ）。
⑷ 一定量真实气体绝热可逆膨胀过程( )。
⑸ 实际气体节流膨胀过程（ ）。
7.一定量理想气体与300K 大热源接触做等温膨胀,吸热Q =600kJ,对外所做功为可逆功的40%,则系统的熵变()S ∆=。
8. 1 mol O 2(p 1,V 1,T 1)和1 mol N 2(p 1,V 1,T 1)混合后，总压为2 p 1，总体积为V 1，温度为T 1，此过程的△S （ ）0（填＞，＜或＝，O 2和N 2均可看作理想气体）。
9.热力学第三定律用公式表示为：()()*m S =。
10. 根据 d G =－S d T+V d p 可知任一化学反应的（1）r m ΔTG p ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭（ ）； （2）r m ΔPG T ∂⎛⎫= ⎪∂⎝⎭（ ）； （3）r m ΔPV T ∂⎛⎫= ⎪∂⎝⎭（ ）。
11.某理想气体在500 K 、100 kPa 时,其m TS p ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ( )（要求填入具体数值和单位）。
热力学第二定律习题
第二章热力学第二定律习题一、填空题1. H2O（l）在80℃， kPa下蒸发，状态函数（U、S、H、A、G）改变值不为零的有。
2.常压下，过冷水凝结成同温度的冰，则S体 0，S总 0。
任一不可逆过程回到始态，其体系S体 0，S环 0。
4.热温商Q/T经证明为状态函数，其积分值必与熵变相等。
5. 100℃，的水蒸气变成100℃，p的液体水，ΔS ______ 0, ΔG ______ 0。
6. 选择“>”、“<”、“=”理想气体经节流膨胀，△S _____ 0，△G _____ 0.二、选择题1.在等温等压下进行下列相变：H2O (s,-10℃, p) = H2O (l,-10℃, p)在未指明是可逆还是不可逆的情况下，考虑下列各式哪些是适用的? ( ) δQ/T= Δfus S(1)(2) Q= Δfus H(3) Δfus H/T= Δfus S(4) －Δfus G = 最大净功(A) (1)，(2)(B) (2)，(3)(C) (4)(D) (2)2.纯液体苯在其正常沸点等温汽化，则： ( )(A) Δvap U=Δvap H，Δvap F=Δvap G，Δvap S> 0(B) Δvap U<Δvap H，Δvap F<Δvap G，Δvap S> 0(C) Δvap U>Δvap H，Δvap F>Δvap G，Δvap S< 0(D) Δvap U<Δvap H，Δvap F<Δvap G，Δvap S< 03. 1 mol液苯，在其标准沸点下蒸发，则（）保持不变：（A）内能 (B) 蒸汽压 (C) 焓 (D) 熵（E）体积（F）汽化热（G）A （H）G4．H2（g）和O2（g）在绝热密闭钢瓶中反应生成水为零者是（）（A）ΔU(B) ΔH (C) ΔS(D) ΔG5.克劳修斯－克拉贝龙方程只适用于（）(A) 水在25℃，1atm空气中蒸发(B) 水在其标准沸点下蒸发达平衡(C) 水在其冰点时的固液相平衡(D)水在三相点时平衡6.公式－ΔG＝W′适用于（）(A) 孤立体系中的可逆过程(B) 封闭体系等温等压下可逆过程 (C) 封闭体系恒温恒容过程(E) 以上过程 7.100℃，105Pa 的水蒸气变成100℃，5×104Pa 的水蒸气，该过程的ΔG 与ΔA 的关系是（ ） A.ΔG=ΔA=0 B.ΔG=ΔA<0 C.ΔG<ΔA D.ΔG>ΔA.8. 下列各式中，哪个是化学势（ ）A.j n p T i n U ,,⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ B.,,j i T P n A n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ C.j n p T i n H ,,⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ D.,,ji T P n G n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ 9. 在定温定压下，二组分混合形成理想溶液，下列哪个函数的变化值正确（ ）A.ΔS=0B.ΔV=0C.ΔG=0D.ΔA=010. 100℃，105Pa 的水蒸气变成100℃，5×104Pa 的水蒸气，该过程的ΔG 与ΔA 的关系是（ ）A.ΔG=ΔA=0B.ΔG=ΔA<0C.ΔG<ΔAD.ΔG>ΔA. 11.从热力学四个基本方程可导出VU S ∂⎛⎫=⎪∂⎝⎭（ ） （A ）T A V ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭ （B ）P H S ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭ （C ）SU V ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭ （D ）P G T ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭ 12. 工作在100℃和25℃的两个大热源间的卡诺热机，其效率为( ) (A)20%(B)25%(C)75%(D)100%13单原子理想气体的R )2/3(,v C m =，温度由Ｔ１变到Ｔ２时，等压过程体系的熵变P S ∆与等容过程熵变V S ∆之比是：( ) （A ）１∶１ （B ）２∶１（C ）３∶５(D)５∶３14. 下面诸式中不能称为基尔霍夫公式的是 ( ) （A ）m p pmC TH ,∆=⎪⎭⎫⎝⎛∂∆∂ （B ）⎰∆+∆=∆21,12)()(T T m p m m dT C T H T H(C) ⎰∆+∆=∆21,12)()(T T m V m m dT C T U T U （D ）p pC T H =⎪⎭⎫⎝⎛∂∂15. 一隔板两端，左边装有25℃、1×P θ、 O 2，右边装有25℃、1×P θ、 O 2，均视为理想气体，当抽走隔板后，混合过程的ΔS 为A 、·k -1B 、0C 、·k -1D 、－·k -116. 非理想气体进行绝热自由膨胀时,下述答案中哪一个错误?( )(A) Q =0 (B) W =0 (C) ΔU =0 (D) ΔH =0三、计算题1. 某物质的固体及液体的蒸气压可分别用下式表示： lg(p /Pa) = - (T /K) （固体） (1)lg(p /Pa) = - 1453/(T /K) （液体） (2)试求其： (1) 摩尔升华焓 (2) 正常沸点 (3) 三相点的温度和压力(4) 三相点的摩尔熔化熵2. 将 K,600 kPa 的 1 mol N 2绝热可逆膨胀到100 kPa ，试求该过程的Q ,W ,ΔU ,ΔH ,ΔF ,ΔG ,ΔS ,ΔS 隔离。
第5章热力学第二定律习题课
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
工程热力学第五章(热力学第二定律)09(理工)(沈维道第四版)
T2 w 300 有 t tC 1 1 70% 由 t q1 T1 1000
w t q1 0.7 100 70kJ
四、卡诺定理举例（2）
（2） 当吸热和放热均有温差时，工质实际在吸热温 度为800K和放热温度为400K的两个热源间工作， 则热效率为
T2 400 t tC 1 1 50% 70% T1 800
循环净功为
w t q1 0.5 100 50kJ
可见，由于传热温差的存在，循环热效率降低了。
§5-4 熵与克劳修斯不等式
热二律推论之一
卡诺定理给出热机的最高理想
热二律推论之二
克劳修斯不等式反映方向性
第五章 热力学第二定律
§5-1 热力学第二定律的实质
热力学第一定律
能量守恒与转换定律
能量之间数量的关系
所有满足能量守恒与转换定律 的过程是否都能自发进行？
一、自发过程的方向性
自发过程：不需要任何外界作用而自动进 行的过程。 摩擦生热： 机械能变热能 自动地热能变机械能？
水自动地由高处向低处流动 自动地低处流向高处？ 两液体混合过程自动进行 自动地将两种液体分离？ 热量自发地由高温物体传向低温物体
◆ §5-3 卡诺定理
热二律的推论之一 卡诺定理有两个分定理， 下面予以介绍
◆ 一、 卡诺定理
定理1：在相同的高温恒温热源和相同的低温 恒温热源间工作的所有可逆热机，热效率相 同，且与工质的性质无关。
定理2：在相同的高温恒温热源和相同的低温恒 温热源间工作的所有热机，以可逆热机的热效 率最高。不可逆热机热效率总小于这两个热源 间工作的可逆热机的热效率。 可见，在两个不同 T 的恒温热源间工作的一切 可逆热机的热效率相同， tR = tC 在给定的温度界限间工作的一切热机，tC最高 热机极限 减小不可逆性，可提高热效率。
5 热力学第二定律
Ex,Q0
2 (T0 1T
1)Q0
孤立系熵增与火用 损失
孤立系内发生任何不可逆变化时，孤立系的熵必然 增大，火用 必然减少。
减少火用 损失是合理用能及节能的指导方向。
I T0Siso T0Sg
闭口系统工质的热力学能火用
闭口热力系只与环境作用下，从给定状态以可逆方 式变化到与环境平衡的状态，所能作出的最大有用 功，称为该状态下闭口系的火用 ，或称热力学能火用 ， 以Ex,U表示。
√ P
Q
T 0 ×
1 2
克劳修斯不等式
v
Q
Tr
0
Tr表示热源温度
热力学第二定律的数学表达式
Q
Tr
0
“=”：可逆过程 “<”：不可逆过程 “>”：不会发生的热力过程
P
1 2
v
Q
Tr
0
2 Qirr
1 Tr
S1 S2
0
2 Qirr 1 Qrev 0
Q 中的热量火用
Ex,Q
(1
T0 T
)Q
Q 中的热量火无
An,Q
Q Ex,Q
T0 T
Q
系统提供热量Q中的热量火用
Ex,Q
2 (1 T0 )Q
1
T
Q
T0
2 Q
1T
Q T0S
An,Q T0S
冷量 火用
工程上把与温度低于环境温度T0的物体（ T< T0 ） 交换的热量叫做冷量。
温度低于环境温度的系统，吸入热量Q2（即冷量） 时作出的最大有用功称为冷量火用
《热力学第二定律》习题及答案
《热力学第二定律》习题及答案选择题1．ΔG=0 的过程应满足的条件是(A) 等温等压且非体积功为零的可逆过程 (B) 等温等压且非体积功为零的过程 (C) 等温等容且非体积功为零的过程(D) 可逆绝热过程 答案：A2．在一定温度下，发生变化的孤立体系，其总熵（A ）不变 (B)可能增大或减小(C)总是减小(D)总是增大答案：D 。
因孤立系发生的变化必为自发过程，根据熵增原理其熵必增加。
3．对任一过程，与反应途径无关的是(A) 体系的内能变化 (B) 体系对外作的功 (C) 体系得到的功 (D) 体系吸收的热 答案：A 。
只有内能为状态函数与途径无关，仅取决于始态和终态。
4．下列各式哪个表示了偏摩尔量： (A),,j i T p n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ (B) ,,j i T V n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ (C) ,,j i T V n A n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ (D) ,,ji i T p n n μ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ 答案：A 。
首先根据偏摩尔量的定义，偏导数的下标应为恒温、恒压、恒组成。
只有A和D 符合此条件。
但D 中的i μ不是容量函数，故只有A 是偏摩尔量。
5．氮气进行绝热可逆膨胀ΔＵ＝０ (B) ΔＳ＝０ (C) ΔA ＝０ (D) ΔＧ＝０答案：B 。
绝热系统的可逆过程熵变为零。
6．关于吉布斯函数G, 下面的说法中不正确的是(A)ΔG ≤W'在做非体积功的各种热力学过程中都成立(B)在等温等压且不做非体积功的条件下, 对于各种可能的变动, 系统在平衡态的吉氏函数最小(C)在等温等压且不做非体积功时, 吉氏函数增加的过程不可能发生(D)在等温等压下,一个系统的吉氏函数减少值大于非体积功的过程不可能发生。
答案：A 。
因只有在恒温恒压过程中ΔG ≤W'才成立。
7．关于热力学第二定律下列哪种说法是错误的(A)热不能自动从低温流向高温(B)不可能从单一热源吸热做功而无其它变化(C)第二类永动机是造不成的(D 热不可能全部转化为功答案：D 。