工程热力学第一章基本概念作业
工程热力学 第五版 童钧耕 课后习题答案
第一章 基本概念1-1 华氏温标规定在标准大气压（101325 Pa ）下纯水的冰点是32F ，汽点是212F （F 是华氏温标温度单位的符号）。
试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。
提示和答案：C F {}0{}32212321000t t ︒︒--=--， F C 9{}{}325t t ︒︒=+。
1-2 英制系统中的兰氏温标（兰氏温标与华氏温标的关系相当于热力学温标与摄氏温标的关系），其温度以符号R 表示。
兰氏温度与华氏温度的关系为{T }°R = {t }°F + 459.67。
已知开尔文温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是273.15K 和491.67R ；汽点的读数分别是373.15K 和671.67R 。
（1）导出兰氏温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在兰氏温标上是多少度？（3）画出摄氏温标、开尔文温标、华氏温标和兰氏温标之间的对应关系。
提示和答案：RK {}491.67671.67491.67373.15273.15{}273.15T T ︒--=--。
R K {} 1.8{}T T ︒=； R {}0R T ︒=︒；略 1-3 设一新的温标，用符号N 表示温度单位，它的绝对温标用Q 表示温度单位。
规定纯水的冰点和汽点分别是100N 和1000N ，试求：（1）该新温标和摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对温度零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0N 时，其绝对温标读数是多少Q ？提示和答案：（1）N C {}100{}010001001000t t ︒︒--=--；N C {}9{}100t t ︒︒=+（2）Q N C {}{}9{}100T t t ︒︒︒=+=++常数常数，{T } K = 0 K 时， {Q}0Q T ︒=︒ 解得式中常数，代回原式。
；Q N {}{}2358.35T t ︒︒=+， Q {}2358.385N T ︒=︒1-4 直径为1m 的球形刚性容器，抽气后真空度为752.5mmHg ，（1）求容器内绝对压力为多少Pa ；（２）若当地大气压力为0.101MPa ，求容器表面受力多少Ｎ? 提示和答案：b v 691.75Pa p p p =-=；600.31510N F A p =∆=⨯。
1 工程热力学基本概念 (1)
Proportional to the quantity of the system Example: volume, energy, …
比参数
Specific property
两个广度参数之比，是强度参数。
Ratio between two extensive properties Example: density, specific volume, …
相平衡 Phase
化学平衡 Chemical
系统内无温差
No difference of temperature
系统内无压差
No difference of pressure
相间无化学势差
No difference of chemical potential
反应物生成物间无化学势差
No difference of chemical potential
系统和环境(外界)的分界面 叫做边界或者控制面。
The interface separates the system from its surroundings.
It can be real or imaginary.
Classification (热力系统分类)
按有无物质交换 封闭系统 Closed System 敞开系统 Open System
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Thermodynamic System
封闭系统:与外界只有热或功的能 量交换而无物质交换的系统。 Mass cannot cross the boundaries of a closed system, but energy can.
工程热力学
第一章基本概念及定义一、填空题1、热量与膨胀功都是量，热量通过差而传递热能，膨胀功通过差传递机械能。
2、使系统实现可逆过程的条件是：（1），（2）。
3、工质的基本状态参数有、、。
4、热力过程中工质比热力学能的变化量只取决于过程的___________而与过程的路经无关。
5、热力过程中热力系与外界交换的热量，不但与过程的初终状态有关，而且与_______有关。
6、温度计测温的基本原理是。
二、判断题1、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。
（）2、无论过程是否可逆，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态的内能差。
（）3、膨胀功的计算式⎰=21pdvw，只能适用于可逆过程。
（）4、系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下（不考虑外力场作用），宏观热力性质不随时间而变化的状态。
（）5、循环功越大，热效率越高。
（）6、可逆过程必是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。
（）7、系统内质量保持不变，则一定是闭口系统。
（）8、系统的状态参数保持不变，则系统一定处于平衡状态。
（）9、孤立系统的热力状态不能发生变化。
（）10、经历一个不可逆过程后，系统和外界的整个系统都能恢复原来状态。
（）三、选择题1、闭口系统功的计算式21u u w -=（ ）。
（A ）适用于可逆与不可逆的绝热过程 （B ）只适用于绝热自由膨胀过程 （C ）只适用于理想气体绝热过程 （D ）只适用于可逆的绝热过程 2、孤立系统是指系统与外界（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换（C ）没有任何能量交换 （D ）没有任何能量传递与质交换 3、绝热系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 4、闭口系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 5、公式121q q t-=η适用于（ ）。
（A ）理想气体任意过程 （B ）理想气体可逆循环 （C ）任何工质可逆循环 （D ）任何工质任何循环 6、（ ）过程是可逆过程。
[工学]工程热力学第1章-基本概念资料讲解
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R MRg
工程热力学
四、 状态参数坐标图（parametric coordinates）
一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平 面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐 标上找到对应点，如：
p
p1 1
T
T2 2
p
p3 3
O
v1
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vO
s2
sO
T3
T
附：纯物质的p-v-T图
工程热力学
ppbpv (ppb) ppbpe (ppb)
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工程热力学
常用压力单位：
1Pa 1mN2 1MPa 1106Pa 1bar 1105Pa 1atm101325Pa 760mmHg 1mmHg 133.32Pa 1mmH2O9.80665Pa
工程热力学
1kPa 1103Pa
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环境压力与大气压力 环境压力是压力表所处环境 注：环境压力一般为大气压力，但不一定都是。
注意：1）不计恒外力场影响；
2）复相系未必不均匀—湿蒸汽； 单元系未必均匀—气液平衡分离状态。
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2. 按系统与外界质量交换
闭口系（closed system） （控制质量CM）
—热力系统和外界只有能量交换而 无物质交换
开口系统（open system） （控制体积CV） —热力系统和外界不仅有能量交换而
p A F c o s p b A(f 0 ) 准静态过程，可逆
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讨论：
工程热力学
1.可逆=准静态+没有耗散效应 2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
系统内部及系统与外界作用的总效果 3.一切实际过程不可逆 4.内部可逆过程的概念 5.可逆过程可用状态参数图上实线表示
工程热力学第一章 基本概念
补充习题：
一容器被一刚性壁分为两部分，如图所示。 压力表D读数为175kPa，C读数为110kPa，如 大气压为97kPa，试求表A的读值。
气体初态p1=0.5MPa，v1=0.172m³/kg，按pv= 常数的规律，可逆膨胀到p1=0.1MPa，试求膨 胀工。
1-6 功和热量
一、功(work)的定义和可逆过程的功
指导改善
————>实际循环 2.分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失 的部位、大小、原因及改进方法。
35
三、动力循环（正循环）（power cycle; direct cycle ）
输出净功；
在p－v图及T－s图上顺时针进行；
膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
36
动力循环：工质连续不断地将高温热源取得的热量 一部分转换成对外的净工。
研究目的：合理安排循环，提高热效率。
蒸汽动力循环
蒸汽动力循环是正循环，以蒸汽为工质，将蒸汽的热能 在动力装置中转换为机械功的循环。
蒸汽的卡诺循环
1.工作原理
朗肯循环
正循环中热转换工的经济性指标
循环热效率： t
t w q10 q1q1q2
1q2 q1
其中： q1——工质从热源吸收的热量 q2——工质向冷源放出的热量 w0——循环所做的净工 w0=q1-q2
1．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝
红线内 ——闭口绝热系
黄线内不包含电热丝 ——闭口系
黄线内包含电热丝 ——闭口绝热系
蓝线内
——孤立系
11
1-2 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（state of thermodynamic system） —系统宏观物理状况的综合
热工课后题答案
习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念1.指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。
2.指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。
3.用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。
若水柱高200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。
已知大气压力为 735mm Hg, 试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ?解：根据压力单位换算4.锅炉烟道中的烟气常用上部幵口的斜管测量，如图2-27所示。
若已知斜管倾角〉=30 :,压力计中使用匸=0.8g/cm3的煤油，斜管液体长度L= 200mm，当地大气压力P b =0.1MPa，求烟气的绝对压力（用 MPa表示）解：5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C为压力表，读数为110kPa，B为真空表，读数为45kPa。
若当地大气压P b =97kPa，求压力表A的读数（用kPa表示）p gA =155kPa6•试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。
（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统；（3）.取图中虚线内空间为系统。
答案略。
7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为 13.4MPa ；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为706mmHg。
若大气压力为0.098MPa，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用 MPa表示）口=0.0247MPa; p2 = 0.0039MPa8.测得容器的真空度P v =550mmHg，大气压力p^ 0.098MPa，求容器内的绝对压力。
若大气压变为P b =0.102MPa ，求此时真空表上的读数为多少mmMPa ？p =0.0247MPa, p v =579.8MPa9.如果气压计压力为8氷Pa，试完成以下计算：（1）.绝对压力为0.1MPa1时的表压力；（2）.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力；（3）.绝对压力为50kPa时的相应真空度（kPa）；（4）.表压力为0.25MPa时的绝对压力（kPa ）。
工程热力学复习题
各位同学：以下为工程热力学B 复习题,如有问题,请到办公室答疑;第一章 基本概念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; 错2.压力表读值发生变化,说明工质的热力状态也发生了变化; 错3.由于准静态过程都是微小偏离平衡态的过程,故从本质上说属于可逆过程; 错4.可逆过程一定是准静态过程,而准静态过程不一定是可逆过程; 对5. 比体积v 是广延状态参数; 对6. 孤立系的热力状态不能发生变化; 错7. 用压力表可以直接读出绝对压力值; 错8. 处于平衡状态的热力系,各处应具有均匀一致的温度和压力; 错9. 热力系统的边界可以是固定的,也可以是移动的；可以是实际存在的,也可以是假想的; 对10. 可逆过程是不存在任何能量损耗的理想过程; 对11.经历了一个不可逆过程后,工质就再也不能回复到原来的初始状态了; 错12. 物质的温度越高,则所具有的热量越多; 错1. 能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源;2. 在火力发电厂蒸汽动力装置中,把实现 热 能和机械能 能相互转化的工作物质就叫做 工质 ;3. 按系统与外界进行物质交换的情况,热力系统可分为 开口系 和 闭口系 两大类;4. 决定简单可压缩系统状态的独立状态参数的数目只需 2 个;5. 只有 平衡 状态才能用参数坐标图上的点表示,只有 可逆 过程才能用参数坐标图上的连续实线表示;6. 绝热系是与外界无 热量 交换的热力系;7. 孤立系是指系统与外界既无 能量 交换也无 质量 交换的热力系;8. 测得容器的表压力75g p KPa =,大气压力MPa p b 098.0=,容器内的绝对压力 173kPa ;6.热力系在不受外界影响的条件下,系统的状态能够始终保持不变,这种状态称为平衡状准静态过程满足下列哪一个条件时为可逆过程 C ;A 做功无压差； B 传热无温差；C 移动无摩擦；D 上述任一个都可;2.下列说法中正确的是：11可逆过程一定是准平衡过程2准平衡过程一定是可逆过程3有摩擦的热力过程不可能是准平衡过程3. 测量容器中气体压力的压力表读数发生变化一定是因为：41有气体泄露 2气体的热力状态发生变化3大气压力发生变化 4以上均有可能第二章热力学第一定律1.气体吸热后一定膨胀,热力学能一定增加；错2.气体膨胀时一定对外作功；错3.对工质加热,其温度反而降低是不可能的; 错4.热力学第一定律适用于任意的热力过程,不管过程是否可逆对 ;5.稳定流动系统与外界交换的功和热量相等且不随时间而变; 错6.温度越高热力系所具有的热量越多; 错;7.一稳定流动开口系,从外界吸收热量 500J ,开口系进出口焓差为 300J,则该热力系对外界所作的技术功为200 J;8.稳定流动系统能量方程式q dh vdpδ=-的适用条件是：可逆过程 ;9. 空气经一热力过程后,热力学能增加67kJ,并消耗外功1257kJ,则此过程为放热过程;填吸热或放热10.热力学第一定律解析式的微分形式表达式是 ;对于有化学反应的过程,热力学第一定律解析式可表示为 ;11. 实现可逆过程的充分条件是和 ;12.可逆过程是指 ;13、下列说法中正确的是：31气体吸热时热力学能一定增加2气体一定要吸收热量后才能对外做功3气体被压缩时一定消耗外功13、对闭口系统功的计算式W=U1-U2,下列适用条件正确的是：11适用于可逆于不可逆的绝热过程2只适用于绝热自由膨胀过程3只适用于理想气体的绝热过程（4）只适用于可逆绝热过程13.理想气体绝热流经节流阀,节流后稳定截面处的焓值CA. 升高；B. 降低；C. 不变；D. 无法确定14.气体在某一过程中吸入3100kJ的热量, 同时内能增减了150kJ,该过程是 AA 膨胀过程,B 压缩过程 C定容过程15.热力系的状态改变了,其热力学能值3 ;1一定改变 2必定不变3不一定改变 4状态与热力学能无关16.下述说法中,哪一种不正确1 ;1焓是热力系能与环境进行交换的能量2焓是人为定义的一种具有能量单位的热力学量3焓是热力系状态函数4焓变在某些特定条件下,与热力系吸热相等17、q=△u+w使用于 AA. 仅闭口系B. 仅稳流系,理想气体C. 仅闭口系、理想气体,可逆过程D. 闭口系或稳流系,理想气体,可逆过程18、开口系统中,推动功究竟属于下面哪一种形式的能量 BA.进、出系统中流体本身所具有的能量B.后面的流体对进、出系统的流体为克服界面阻碍而传递的能量C.系统中工质进行状态变化由热能转化而来的能量D.以上说法均不正确1． 某蒸汽动力厂中,锅炉以40t/h 的蒸汽量供给汽轮机;汽轮机进口处的压力表读数为9MPa,蒸汽的焓为3440kJ/kg,汽轮机出口处真空表读数为95kPa,当时当地大气压力为MPa,出口蒸汽焓为2245 kJ/kg,汽轮机对环境换热率为×510kJ/h;求：①进口和出口处蒸汽的绝对压力分别是多少②若不计进、出口宏观动能和重力势能的差值,汽轮机输出功是多少千瓦 第三章、四章 气体和蒸汽的性质及基本热力过程 1.气体常数Rg 不仅和气体种类有关,还与气体所处的状态有关; 错2.理想气体的定温过程即是定热力学能和定焓过程; 对3. 迈耶公式p v c c -=R 既适用于理想气体,也适用于实际气体; 错4.理想气体不可能进行吸热而降温的过程; 错5. 理想气体的p c 、v c 值与气体的温度有关,则它们的差值也与温度有关; 错6.绝热过程一定是定熵过程; 错7. 系统经历一个可逆定温过程,由于温度没有变化,故该系统工质与外界没有热量交换; 错8.理想气体不论经历什么样的过程,其焓的增量均可用⎰=∆21dT c h p 计算;对 9. 在P-V 图上,通过同一状态点的绝热过程线的斜率的绝对值比定温过程线的大; 对9. 露点是指 ;10.理想气体状态方程式为 ;11.对于理想气体,比热容是 温度 的单值函数;12.对于理想气体,V du c dT =,p dh c dT =,它们的适用条件是 ;13.定压过程中,P= 定值 ,其温度和比体积成 正 比;14. 临界状态指 ;15. 什么叫平均比热容3112.可逆压缩时压气机的耗功为 CA.pdv ⎰；B.()21d pv ⎰；C.21vdp -⎰ D.以上都不正确 13.当压力不发生变化时,液体在汽化阶段的温度将 BA.升高B.降低C.不变D.可能升高也可能降低14.k pv =常数()p v k c c =适用于 DA ．一切绝热过程B ．理想气体绝热过程;C ．任何气体可逆绝热过程D ．理想气体可逆绝热过程15.通常用 表示实际气体与理想气体的偏离;其实质反映 ;第五章 热力学第二定律1.第二类永动机违反了热力学第一和第二定律； 错2.孤立热力系熵减少的过程是无法实现的；3.热力系统放热后,系统的熵一定减少; 错4.工质经历一个不可逆过程,它的熵不一定增大; 对7.热量不可能从低温热源传向高温热源; 错8.热力学第二定律可表述为：不可能将热能全部转变为功; 对9.卡诺循环是由两个可逆的 定温 过程和两个可逆的 绝热 过程所组成;10.在两个恒温热源间工作的一切可逆循环,其热效率仅决定于两热源的 温度 ,而与工质的性质 无关 ;11.卡诺机A 工作在927℃和T 的两个热源间,卡诺机B 工作在T 和27℃的两个热源间;当此两个热机的热效率相等时,T 热源的温度T ＝ 600 K;12.热力学第二定律数学表达式 ;13. 孤立系统熵增原理的实质是什么14.将卡诺循环的热力过程表示在P-V 图和T-S 图上1. 如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则 B ;A 违反热力学第一定律；B 违反热力学第二定律；（C ） 不违反第一、第二定律； D A 和B;2.自发过程的特点是 BA 系统熵必然减少B 伴随非自发过程才能进行C 不可逆D 可逆3.热力学第二定律仅适用于 1 ;1同一过程的任何途径 2同一过程的可逆途径3同一过程的不可逆途径 4不同过程的 任何途径4.下列说法正确的是 2 ;31根据T Q S 可=∆,所以只有可逆过程才有熵变 2热力系由初态A 经不同的不可逆过程到达终态B,其熵的改变值是一定的3一切过程的熵变总是大于或等于04热力系经可逆过程S ∆一定等于0,经不可逆过程S ∆一定大于05.下列关于循环热效率的说法中,正确的是 D ;1吸热量越小,热效率越高 2放热量越大,热效率越低3循环功越大,热效率越高 4上述说法都是错误的6.下列说法中,正确的是 1 ;1热力学第二定律告诉我们功可以全部转变为热,而热不能全部转变为功2热力学第二定律可以描述为：不可能从单一热源取热,使其变为功3热力学第二定律可以描述为：仅仅将热转变为功是不可能的4生活中加热水至沸腾,我们可以看到水会“窜”起来,该过程就是从一个热源吸热而转变为功的过程,所以热力学第二定律不成立10.工质经过一个不可逆循环后,其熵的变化量 BA.大于零B.等于零C.小于零D.无法确定7. 下列说法正确的是D ;A.循环最高温度与最低温度都一定时,则循环的热效率就一定B.循环最低温度一定时,则最高温度越高,循环的热效率越低C.循环最高温度一定时,则最低温度越低,循环的热效率越高D. 循环最高温度与最低温度都一定时,则循环的最高热效率就一定8.在定压条件下,湿饱和蒸汽的压力、温度与饱和水的压力、温度相比,关系是BA.大于饱和水的压力和温度B.等于饱和水的压力和温度C.小于饱和水的压力和温度D.与饱和水的压力和温度无关9.可逆过程的定义准平衡过程的定义两者之间的关系10.热力学第一定律和第二定律的实质分别是什么写出各自的数学表达式;11. 热力系统熵变化有哪两种各代表什么物理意义12.某卡诺循环从热源吸热500kJ/kg,向冷源放热200kJ/kg;如果低温热源为300K,1高温热源温度T1是多少2画出T-s 图,并标出有效能;3循环的热效率是多少13. 某热机工作于T1=2000K 、T2=300K 的两个恒温热源之间,用两种方法来判断下述情况能否实现是否可逆循环已知：111,0.9net Q KJ W KJ ==3、焓是 参数,其数学表达式为 ;熵是 参数,其数学定义表达式为 ;在可逆过程中,工质吸热熵 增大 ,工质放热熵 减小 ;填增大或减小4、 规定在1标准大气压、下,由单质生成1mol 化合物时,自由焓的变化量为该化合物的标准生成自由焓 ;第十一章 制冷循环1.制冷系数可以等于1,但不能大于1;错2.制冷装置运行的目的是为了维持 ,常用 来衡量制冷循环的经济性,其表达式为 ,在一定环境温度下,为了取得良好的经济效益,冷库的温度不能超乎需要的 ;填高或低3.单机压缩氟利昂制冷系统的循环过程为 C A.压缩、节流、冷凝和蒸发B. 压缩、冷凝、蒸发和节流C.压缩、冷凝、节流和蒸发D. 压缩、蒸发、节流和冷凝 4.制冷剂特点第十三章 化学热力学基础试判断下列反应在51.01310a P ⨯、25℃下能否自发进行如不能,试说明要使此反应能自发进行可采用的措施;已知：340,1117876/e f F O G J mol ∆=-, 0,266699/e f F O G J mol ∆=-,20,394668/f CO G J mol ∆=-, 0,137225/f CO G J mol ∆=-因0G ∆>0,所以反应在51.01310a P ⨯、25℃下不能自发进行;为使反应自发进行,可通过改变反应初始温度来改变0G ∆,使其小于零;2．平衡移动定律3.什么是反应热效应反应热和反应热效应的关系是什么它们是否是性质相同的量1．将工质又膨胀、又吸热、又降温的过程表示在P-V 图上;2.在T-S 图上表示定压过程和定容过程3.能将卡诺循环表示在P-V 图及T-S 图上;。
工程热力学作业答案解析——第一章作业
姓名：舒小华 学号：0618003139.容器被分隔成A 、B 两室，如1-27所示，已知当场大气压P b =0.1013MPa ，气压表2的读数P e2=0.04MPa ，气压表1的读数P e1=0.294MPa ，求气压表的3的读数（用MPa 表示）。
解：用P 表示绝对压力，则有Pe P P +=环境得到1e b A P P P += （1）2e B A P P P += （2）3P e b B P P += （3）（1）（2）（3）联立可得213e P e e P P -==(0.294-0.04)MPa=0.254MPa所以气压表3的读数为0.254MPa 。
16. 某种气体在气缸中进行缓慢膨胀过程，其体积由0.13m 增加到0.253m 。
过程中气体压力依{p}MPa =0.24-0.4{v}3m 变化。
若过程中气缸和活塞的摩擦保持在1200N ，当地大气压为0.1MPa ，气缸截面积为0.12m ，试求：（1）气体所做的膨胀功W ；（2）系统输出的有用功Wu ；（3）活塞与气缸无摩擦时，系统输出的有用功W u.re ;解：（1）J V V dV 25500)2.024.0(10dV 10)4.024.0(P W |25.01.026625.01.0=-⨯=⨯-==⎰⎰（2）系统做出的有用功Wu=a f W W W -- （Wf 表示摩擦力做的功，Wa 表示克服大气压力做的功）W f =F f *s=1200*（△V/A ）=1200*[(0.25-0.1)/0.1]J=1800JWa=Pb*A*s=J 1.0/1.025.01.0101.06）（-⨯⨯⨯=15000J Wu=(25500-1800-15000)J=8700J（3）当无摩擦时W f =0JW u.re =W -Wa=(25500-15000)J=10500J2. 英制系统中的兰氏温标（兰氏温标和华氏温标关系相当于热力学温标与摄氏温标），其温度已符号R 表示。
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第一章 基本概念 1-1直径为 1m 的球形刚性容器，抽气后真空度为 752.5mmHg，若当地大气为0.101MPa ，求
（1）容器内绝对压力为多少 Pa；（2）容器表面受力多少牛顿？ 解：（1） p = pb = pv = 0.101×106Pa =752.5mmHg×133.3Pa/mmHg = 691.75Pa （2）A0=4πd2=4×3.1416×1m2=12.57m2 F=A0Δp=A0(pb–p)=12.57 m2×(0.101×106Pa–691.75Pa)=1.261×106N 1-2 用∪型压力计测量容器中气体的压力，在水银柱上加一段水，则得水柱高 1020mm，水银柱高 900mm，如图 1-1 所示，若当地大气压为 755mmHg，求容器中气体的压力为多少 MPa？
解：p = pe + pb = (1020mmH2O×9.81Pa/mmH2O+900mmHg×133.3Pa/mmHg) +755mmHg×133.3Pa/mmHg = 2.306×105Pa = 0.231MPa
图1-1 图1-2 1-3用斜管压力计测量锅炉烟道烟气的真空度如图 1-2,管子的倾斜角α=30°压力计中使用密度ρ = 0.8×103kg/m3 的煤油，斜管中液柱长度 l=200mm。当地大气压力 pv = 745mmHg 。求烟气的真空度（以 mmH2O 表示）及绝对压力（以 Pa 表示）。
解 ：倾斜式压力计上读数即烟气的真空度 pv = lsinαρg = 200×10-3m×0.5×0.8×103kg/m3 ×9.81m/s2 = 80×9.81Pa 而1Pa =1/9.81mmH2O pv = 80mmH2O 1mmHg =13.595mmH2O 烟气的绝对压力 p = pb- pv = 745mmHg×13.595mmH2O/mmHg =80mmH2O =10048.3mmH2O = 0.9857×105Pa 1-4 容器被分隔成 AB 两室，如图 1-3 所示，已知当场大气压 pb = 0.1013MPa ，气压表 2读为 peB2 = 0.04MPa ，气压表 1 的读数 peA1 = 0.294MPa ，求气压表 3 的读数（用 MPa 表示）。
解：pA = pb + peA1 = 0.1013MPa +0.294MPa = 0.3953MPa
pA = pB + peB2 pB = pA– peB2 =0.39153MPa-0.04MPa =0.3553MPa peB = pB - pb =0.3553MPa-0.1013MPa =0.254MPa 1-5：绝热刚性容器内的气体通过阀门向气缸充气。开始时气缸内没有气体,如图1.4所示。气缸充气后,气体推动气缸内的活塞向上移动,如图1.5所示。设管道阀门以及气缸均可认为是绝热的。若分别选取开口系统与闭口系统,试说明它们的边界应该如何划定?这些系统与外界交换的功量与热量又如何?
解：(1)若以容器内原有的气体作为分析对象，属于闭口系统。容器放气前，边界如图1.4中的虚线所示。放气后边界如图1.5中的虚线所示。气体对活塞作的功W是闭口系统与外界交换的功量。气体通过活塞与外界交换的热量Q是此闭口系统的传热量。
图1-4 图1-5
图1-3
图1-6 图1-7 （2）若以容器放气后残留在容器内的气体作为分析对象，同样也是闭口系统。这时放气前的边界如图1.6中的虚线所示。放气后的边界如图1.7的虚线表示。残留气体对离开容器的那部分放逸气体所作的功，是本闭口系统与外界交换的功，残留气体与放逸气体之间交换的热量是本系统的传热量。
（3） 类似地若以放逸气体为分析对象，同样也是闭口系统。其边界将如图1.6和图1.7中的点划线所示。此闭口系统与外界交换的功量除了与残留气体之间的功量(大小与第二种情况的相同，方向相反)外，还应包括对活塞所作的功。同样，除了与残留气体之间的传热量(大小与第二种情况的相同，方向相反)外，还应包括通过活塞与外界交换的热量。
（4）若以容器或气缸为分析对象，则均属开口系统，容器的壁面或气缸与活塞的壁面为其边界。前者以对放逸气体作出的流动功与传热量为系统与外界交换的功量与热量，后者以对活塞及管道内气体的功量与热量为系统与外界交换的功量与热量。
例1-6：一刚性绝热容器内充有水和水蒸气混合物，它们的温度与压力分别相等，不随时间变化。试问汽水混合物是否已处于平衡态？汽水混合物的各种参数量是否到处均匀？
解：如图所示的刚性绝热容器内，水和水蒸气的 压力相同，温度相等，均不随时间变化，而且不受外界
汽 水 pt
pT 的影响，因此该汽水混合物已处于平衡态。处于平衡态的汽水的混合物中，汽相与液相的密度显然不同。因此即使处于平衡态的系统内部，各种参数并不一定均匀。
说明：系统内部各种参数均匀的必定平衡；反之平衡时未必各种参数都是均匀，即均匀必平衡，平衡未必均匀。
例1-7:表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？
解：作为工质状态参数的压力是绝对压力，测得的表压力或真空度都是工质的绝对压力与大气压力的相对值，因此不能作为工质的压力；因为测得的是工质绝对压力与大气压力的相对值，即使工质的压力不变，当大气压力改变时也会引起压力表或真空表读数的变化。
例1-8：温度为100℃的热源，非常缓慢地把热量加给处于平衡状态下的0℃的冰水混合物，试问：1、冰水混合物经历的是准静态过程吗？2、加热过程是否可逆？
解：此热力过程为准静态过程，因为此热力过程的弛豫时间很短，热源非常缓慢地把热量加给冰水混合物，则冰水混合物重建热力平衡的时间远远小于传热过程对冰水混合物平衡状态的破坏，所以可以近似地把此热力过程看作是准静态过程。分析此热力过程，取为系统的冰水混合物和作为外界的热源之间存在有温差，100℃的高质能通过传热过程转换为0℃的低质能，有能量的耗散，所以此热力过程不能被假设为可逆过程。
思考题与练习题 1、什么是系统?系统包括哪几类?各有何特点? 2、热力学温标中变化lK，摄氏温标变化多少℃? 3、用来测量系统压力的压力表或真空计的读数不变，能否说明系统的压力保持不变? 4、U型管测压计的管径对压力读数有无影响？ 5、平衡状态需要满足什么条件? 6、判断下列过程是否为可逆过程： 1)对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。 2)对刚性容器内的水作功使其在恒温下蒸发。 3)对刚性容器中的空气缓慢加热使其从50℃升温到100℃ 4)定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩 5)100℃的蒸汽流与25℃的水流绝热混合。 6)锅炉中的水蒸汽定压发生过程（温度、压力保持不变）。 7)高压气体突然膨胀至低压。 8)摩托车发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀。 9)气缸中充有水，水上面有无摩擦的活塞，缓慢地对水加热使之蒸发。 7、试判断下列叙述是否正确,说明理由。 5 容 器
习题1-16图
1)平衡态是系统的热力状态参数不随时间变化的状态。 2)不可逆的热力过程是指工质逆过程无法恢复到初始状态的过程。 3)由于准静态过程都是微小偏离平衡态的过程，故从本质上说属于可逆过程。 4)工质发生热量交换,状态参数中只有一个参数必然要发生变化,这个参数就是温度。 5)任何可逆过程都是准静态过程。 6)封闭系统是指系统内的工质不发生宏观位移的那些系统。7、气体常数的数值与状态有无关系?通用气体常数与工质的种类有无关系? 8、当理想气体的温度和密度不变时，仅增加其数量，问是否会导致其压力的提高? 9、用气压计测得当地大气压Pb=105Pa，求 1)绝对压力为1.5MPa时的表压力。 2)真空表读数为8kPa时的绝对压力。 3)表压力读数0.2kPa时的绝对压力。 4)绝对压力为20kPa时的真空度。 10、某容器中气体压力估计在3MPa左右，现只有两只最大刻度为2MPa的压力表。试问，能否用来测定容器中气体的压力？ 11、某容器被一刚性壁分为两部分，如图1-6所示，容器上不同部位装有3个压力表，压力表B的读数为110kPa ，压力表C的读数为175kPa，若当地大气压为100kPa，试求压力表A的读数。
习题1-11图 12、已知氧气的分子量M=32，求 （1）氧气在标准状态下的比体积和密度。 （2）p=0.2Mpa，t=200℃时的比体积和密度。 13、有一容积为0.5m3、温度为80℃的容器，盛有质量为2.5kg的空气，当空气温度降至30℃时，容器内的压力为多少? 14、鼓风机送风量在标准状态为600m3/h，若空气温度升至27℃，压力降至0.1MPa时，鼓风机送风量不变，问送风质量改变了多少? 15、体积为3m3的容器内充有压力p=1Mpa，温度为20℃的空气，抽气后容器的真空度Pv=300mmHg，若抽气过程温度保持不变，求抽走空气的质量是多少？ 16、容器自压缩空气总管充气，若要分析充气前后容器中气体状态的变化情况，首先要选取系统。 （a）按开口系统考虑如何选取系统？ （b）按闭口系统考虑如何选取系统？