工程熱力學(xué) 第五章 思考題

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1、工程熱力學(xué)第五章思考題 5-1 熱力學(xué)第二定律的下列說(shuō)法能否成立？ （1）功量可以轉(zhuǎn)換成熱量，但熱量不能轉(zhuǎn)換成功量。 答：違反熱力學(xué)第一定律。功量可以轉(zhuǎn)換成熱量，熱量不能自發(fā)轉(zhuǎn)換成功量。 熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文敘述強(qiáng)調(diào)的是循環(huán)的熱機(jī)，但對(duì)于可逆定溫過(guò)程，所吸收的熱量可以全部轉(zhuǎn)換為功量，與此同時(shí)自身狀態(tài)也發(fā)生了變化。從自發(fā)過(guò)程是單向發(fā)生的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，補(bǔ)充說(shuō)明熱不能自發(fā)轉(zhuǎn)化為功。 （2）自發(fā)過(guò)程是不可逆的，但非自發(fā)過(guò)程是可逆的。 答：自發(fā)過(guò)程是不可逆的，但非自發(fā)過(guò)程不一定是可逆的。 可逆過(guò)程的物理意義是：一個(gè)熱力過(guò)程進(jìn)行完了以后，如能使熱力系沿相同路徑逆行而回復(fù)至原態(tài)，且相互作用中

2、所涉及到的外界也回復(fù)到原態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過(guò)程稱為可逆過(guò)程。自發(fā)過(guò)程是不可逆的，既不違反熱力學(xué)第一定律也不違反第二定律。根據(jù)孤立系統(tǒng)熵增原理，可逆過(guò)程只是理想化極限的概念。所以非自發(fā)過(guò)程是可逆的是一種錯(cuò)誤的理解。 （3）從任何具有一定溫度的熱源取熱，都能進(jìn)行熱變功的循環(huán)。 答：違反普朗克-開(kāi)爾文說(shuō)法。從具有一定溫度的熱源取熱，才可能進(jìn)行熱變功的循環(huán)。 5-2 下列說(shuō)法是否正確？ （1）系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必須是不可逆過(guò)程。 答：系統(tǒng)熵增大的過(guò)程不一定是不可逆過(guò)程。只有孤立系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必是不可逆的過(guò)程。 根據(jù)孤立系統(tǒng)熵增原理，非自發(fā)過(guò)程發(fā)生必有自發(fā)補(bǔ)償過(guò)程伴隨，由自發(fā)過(guò)程引起

3、的熵增大補(bǔ)償非自發(fā)過(guò)程的熵減小，總的效果必須使孤立系統(tǒng)上增大或保持。可逆過(guò)程只是理想化極限的概念。 （2）系統(tǒng)熵減小的過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。 答：系統(tǒng)熵減小的過(guò)程可以進(jìn)行，比如系統(tǒng)的理想氣體的可逆定溫壓縮過(guò)程，系統(tǒng)對(duì)外放熱，熵減小。 （3）系統(tǒng)熵不變的過(guò)程必須是絕熱過(guò)程。 答：可逆絕熱過(guò)程就是系統(tǒng)熵不變的過(guò)程，但系統(tǒng)熵不變的過(guò)程可能由于熵減恰等于各種原因造成的熵增，不一定是可逆絕熱過(guò)程。 （4）系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必然是吸熱過(guò)程，它可能是放熱過(guò)程嗎？ 答：因?yàn)榉磻?yīng)放熱，所以體系的焓一定減小。但體系的熵不一定增大，因?yàn)橹灰w系和環(huán)境的總熵增大反映就能自發(fā)進(jìn)行。而放熱反應(yīng)會(huì)使環(huán)境獲得熱量，熵增為Δ

4、H/T。體系的熵也可以減小，只要減小的量小于ΔH/T，總熵就為正，反應(yīng)就能自發(fā)進(jìn)行。 （5）系統(tǒng)熵減少的過(guò)程必須是放熱過(guò)程?？梢允俏鼰徇^(guò)程嗎？ 答：放熱的過(guò)程同時(shí)吸熱。 （6）對(duì)不可逆循環(huán)，工質(zhì)熵的變化∮ds0。 答：∮ds=0。 （7）在相同的初、終態(tài)之間，進(jìn)行可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程，則不可逆過(guò)程中工質(zhì)熵的變化大于可逆過(guò)程工質(zhì)熵的變化。 答：熵是狀態(tài)參數(shù)，和過(guò)程無(wú)關(guān)，其變化應(yīng)該相等。 （8） 在相同的初、終態(tài)之間，進(jìn)行可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程，則兩過(guò)程中，工質(zhì)與外界之間傳遞的熱量不相等。 答：因?yàn)闊嵩吹葪l件沒(méi)有確定。 5－3循環(huán)的熱效率越高，則循環(huán)凈功越大；反之，循環(huán)的凈功越多，

5、則循環(huán)的熱效率也越高，對(duì)嗎？ 答：此說(shuō)法不對(duì)。循環(huán)凈功并不唯一取決于熱效率，得綜合考慮Wnet和Q1?？ㄖZ熱機(jī)的熱效率只取決于高溫?zé)嵩醇暗蜏責(zé)嵩吹臏囟?，提高高溫?zé)嵩吹臏囟群徒档偷蜏責(zé)嵩吹臏囟染商岣哐h(huán)熱效率。 5－4兩種理想氣體在閉口系統(tǒng)中進(jìn)行絕熱混合，問(wèn)混合后氣體的熱力學(xué)能、焓及熵與混合前兩種氣體的熱力學(xué)能、焓及熵之和是否相等？ 答：不相等。熵增加，焓不變，熱力學(xué)能不變。 5－5任何熱力循環(huán)的熱效率均可用下列公式來(lái)表達(dá)：ht＝1－q2／q1＝1－T1／T2，這一說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？ 答：此說(shuō)法不對(duì)。前者是用于任何工質(zhì)、任何循環(huán)，后者是用于任何工質(zhì)、卡諾循環(huán)。 5－6與大氣溫度相同

6、的壓縮氣體可以從大氣吸熱而膨脹作功（依靠單一熱源作功），這是否違背熱力學(xué)第二定律。 答：不違背。對(duì)于理想氣體的定溫過(guò)程，從單一熱源吸熱并膨脹做功，工質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生了變化，所以不違背熱力學(xué)第二定律。 5－7閉口系統(tǒng)進(jìn)行一過(guò)程后，如果熵增加了，是否肯定它從外界吸熱了熱量，如果熵減少了，是否肯定它向外界外出了熱量。 答：不能肯定；肯定。熵增加，δq可能大于0，也可能小于0增加，所以不能判斷該過(guò)程是否從外界吸熱；熵減少，δq必小于0 減少，所以可以判斷該過(guò)程向外界放出了熱量。 5－8自然界中一切過(guò)程都是不可逆過(guò)程，那么研究可逆過(guò)程又有什么意義呢？ 答：研究在不可逆過(guò)程中處于非平衡態(tài)的物理系統(tǒng)的

7、熱力學(xué)現(xiàn)象的宏觀理論。不可逆過(guò)程熱力學(xué)是一個(gè)宏觀理論，它對(duì)于非平衡現(xiàn)象的解釋終究是有限度的。特別是熱力學(xué)理論無(wú)法闡明各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制及系統(tǒng)的漲落特性，這些就需要更深入的理論──非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)（見(jiàn)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)）來(lái)完成。 在物理學(xué)、化學(xué)系統(tǒng)中，熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散、電導(dǎo)、化學(xué)反應(yīng)等是一些基本的非平衡現(xiàn)象，應(yīng)用不可逆過(guò)程熱力學(xué)的原理討論這些現(xiàn)象，可以得到有意義的具體結(jié)果。 5－9第二類永動(dòng)機(jī)與第一類永動(dòng)機(jī)有什么不同。 答：是否依靠單一熱源。第一類永動(dòng)機(jī)：不消耗任何能量而能連續(xù)不斷做功的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，稱為第一類永動(dòng)機(jī)。第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱源取得熱量并使之完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而又不引起其他變化的循環(huán)發(fā)

8、動(dòng)機(jī)，稱為第二類永動(dòng)機(jī)。 5－10T－s圖在熱力學(xué)應(yīng)用中有什么重要作用？不可逆過(guò)程能否在T－s圖熵準(zhǔn)確表示出來(lái)？ 答：以T(氣溫)為橫坐標(biāo),，S(熵)為縱坐標(biāo)的熱力圖。該圖可以同時(shí)表示系統(tǒng)所吸的熱及所做的功。不可逆過(guò)程無(wú)法再在T－s圖熵準(zhǔn)確表示出來(lái)。 5－12閉口系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)不可逆過(guò)程，系統(tǒng)對(duì)外作功10kJ，并向外放熱5kJ，問(wèn)該系統(tǒng)熵的變化是正、是負(fù)還是可正可負(fù)？ 答：可正可負(fù)。熵是狀態(tài)參數(shù)，功和熱量都是過(guò)程量，所以系統(tǒng)熵變不能確定。 5－13閉口系統(tǒng)從熱源取熱5000kJ，系統(tǒng)的熵增加為20kJ／K，如系統(tǒng)在吸熱過(guò)程中溫度保持為300K，問(wèn)這一過(guò)程是可逆的、不可逆的還是不能實(shí)現(xiàn)的。 答：5000/300<20 不可逆。