摘 要 介绍了热力学三个定律和非平衡态热力学的发展过程及其

摘要介绍了热力学三个定律和非平衡态热力学的发展过程及其关系，并阐述了热力学定律和热力学量的含义。

关键词热力学不可逆过程热力学熵

化学是论述原子及其组合方式的科学。人们最初考察化学反应时，是把反应物放在一起，经过加热等手段，然后分析得到些什么产物，后来根据原子分子假说，有了“当量”的概念，建立了反应物与产物之间的一定联系。人们根据化学组分随条件的变化，发现了质量作用定律，引伸出化学平衡常数。运用热力学定律，人们开始掌握从热力学函数去计算化学平衡常数的方法，并且可以对化学反应的方向作出判断，诞生了化学热力学。

化学现象是由反应速率表征的，只有在非平衡条件下化学反应过程才会呈现出非零的反应速率。因此，化学现象本身是一种非平衡现象。化学热力学应属于非平衡热力学(也即不可逆过程热力学)的范畴。但是，传统热力学虽然从科学体系来看，的确是严谨而完美的；严格来讲，整部经典热力学并不涉及“时间”和“空间”，它主要限于研究平衡态和可逆过程，其主要原因是长期以来整个非平衡热力学缺乏一个较为令人满意的理论。现实世界发生的变化却不可避免地涉及到时间上的演化和空间上的不均匀性，这种变化都是不可逆的。对非平衡的不可逆过程，经典热力学仅仅提供了一个关于熵(或自由能)的不等式，要对非平衡过程作定量描述，必须寻找适当的等式代替上述不等式。

还有一点应指出，由于传统的化学热力学只涉及平衡问题，因此几乎和化学动力学不发生关系。非平衡化学反应的热力学必定要与非平衡的化学过程相联系，热力学不再能和动力学相分离，动力学因素(如催化剂)有可能在热力学上起作用，如何把化学热力学和化学动力学有机地结合起来是值得研究的一个重要课题。

尽管线性非平衡态热力学理论对热传导、扩散等输运过程有主要应用，但对化学反应的应用却受到很大的限制，这是因为通常条件下的化学反应的流(反应速度)和力(反应亲和势)并不满足线性关系。化学反应的速率一般地说是浓度、温度等变量的非线性函数，化学反应体系是用三维线性方程描述的，本世纪60年代以来对非线性区的研究获得可喜的成果，并已形成了“非线性不可逆过程热力学”。

热力学是一门实验科学，又是牢固地以严格的代数为基础的领域。热力学是由一群方程式和一些不等式构成的，这些方程式和不等式将某些类型的可测物理量相互联系起来。著名的量子化学家美国波士顿学院教授潘毓刚曾说古典热力学有千万个公式，而量子力学只有一个公式--薛定谔方程，任何一个热力学方程都是很有用的，因为某些量比另一些量容易测量，通过测量易测之量，利用热力学方程式，就可以得出那个难测之量。

热力学的基本内容，就是论证几个抽象的热力学量的存在(温度、热力学能、熵)并研究热力学量之间的关系。

热力学中一个平衡系统完全由一组参量(体积、温度、熵)描述，我们总是认为这组参量是完整的。然而，人们评价热力学之所以有力和有独到之处，就在于它本质上的不完整性，这样一个系统在许多细节上还有大量不知道的这一事实，也许正是热力学家们引以自豪的根源。由于不要求系统内部知识的完整性，有了系统参量就可以精确地导出系统的值，充分利用已有的知识，促使成为可用的东西才是更富有成效的工作。

把热力学的基本原理用来研究化学现象以及和化学现象有关的物理现象，就称为化学热力学。

热力学第零定律正确的表述应为“热平衡具有传递性，由此，证明存在一个表征热平衡状念的态函数--温度。温度在热力学中时常出现，温度是一个极其特殊的物理量，两个物体的温度不能相加，若说某一温度为其它两个温度之和是毫无意义的，甚至，某温度的几倍，以某种单位来测量温度等等说法，也都缺乏明确的意义，严格讲，两个温度之间只有相等或不相等这种关系。测量、普通的观测，测量所得的即为该单位的倍数或小数，但

对温度而言，我们做的不是测量，只是做标志(指标)而已。热力学正是根据：温度随其它物理量改变而改变的原理，任意选定一种物理量作为温度的指标。

统计物理揭示，温度为分子平均动能的度量。大家知道，“低温是有极限的，低温的极限是绝对零度”，高温的极限在哪里?可能以5×109k为其上限。

热力学第一定律就是宏观体系的能量守恒与转化定律。“IUPAC”推荐使用…热力学能?，从深层次告诫人们不要再去没完没了的去探求内能是系统内部的什么东西”，中国物理大师严济慈早在1966年就已指出这点。

第一定律是1842年前后根据焦耳等人进行的“功”和“热”的转换实验发现的。它表明物质的运动在量的方面保持不变，在质的方面可以相互转化。但是，没有多久，人们就发现能量守恒定律与1824年卡诺定理之间存在“矛盾”。能量守恒定律说明了功可以全部转变为热：但卡诺定理却说热不能全部转变为功。1845年后的几年里，物理学证明能量守恒定律和卡诺定理都是正确的。那么问题出在哪呢?由此导致一门新的科学--热力学的出现。

克劳修斯发现各种自然变化可以分为两大类：一类变化可以自发地进行，这类变化称之为正转变。还有一类与自发变化相反的变化，称之为负转变，这类变化的进行必须以正转变作补偿。这样，克劳修斯从自然变化的自发性出发，引出了不可逆过程和不可逆性的概念，一下子抓住了问题的关键，他花了十五年的时间，终于发现热力学系统完成一循环过程时存在如下的关系：

克劳修斯把这个状态参数取名entropy。

关于entropy这个名词的选择，克劳修斯写道：在确定一些重要的科学量的名称时，我宁愿求助于古代的文字，这样做的目的是为了使这些名称能在现有各种文字中表示同样的意思，因此我建议把s叫做物体熵，熵在希腊文里表示“变化”。克劳修斯所以不惜精力引进一个新名词，其目的不使人们引起任何联想。

德国物理学家R.普朗克在东南大学作热力学第二定律及entropy观念的学术报告。我国物理科学开创者之一胡刚复教授，把entropy译成“熵”。他认为熵这概念太复杂，从热量变化与温度比出发，他把商字加上火字旁，译成熵。

克劳修斯最初的目的是要在守恒的概念和可逆性的概念之间作出清楚的区分。力学变化中可逆性和守恒性是吻合一致的，而物理化学变化却不同，即使它们不可能是可逆的，却也能够是能量守恒的。

自1865年，克劳修斯引进熵函数S以来，人们试图对熵概念作出更直观的解释和定义，困难到底在哪里?

第一，“熵”作为系统的状态参数并不是动力学性质的，因而迄今为止人们还不能对其进行直接观测得出直观的感性印象；第二，“熵”并非系统外在的，表面的属性，而是内在的，深层的属性。因此，凡试图从宏观表象直接定义“熵”恐怕都不会十分成功。

“熵”和熵原理在热力学中的显赫地位，可借用下段描述证实：

“在自然过程的庞大工厂里，…熵原理?起着经理的作用，因为它规定整个企业的经营方式和方法，而…热力学能?和…能的原理?仅仅充当薄记，平衡贷方和借方。”。

熵的本质是变化的方向性和时间的方向性，而描述粒子运动的哈密顿方程中对时间的微分是二次的，正时间和负时间并没有区别。物理定律除热力学第二定律外，几乎都是时间反演对称的，不论是牛顿方程，还是薛定谔方程，时间t和-t的作用是相同的，不管经典力学、量子力学、相对论都描绘的是一幅静态的、可逆的、确定的永恒不变的自然图景。唯有熵概括了演化的特征，成为“发展”的指标，指明了不可逆过程的方向性，即“时间箭头”。

在香水扩散实验中，香水会挥发掉，香水分子将均匀分布在整个房间中。这个过程是不可逆的。不管等待多久，香水分子也不会再集中到瓶子中去，某个特定分子可能掉过头来沿着它原来的轨迹回去，不违反物理定律。因为支配分子运动的定律关于时间反演是对

称的，始态、终态两个点，每一点全是另一点的结果，初始状态极为难得，是不可逆的根本原因。

时间的方向性是由于在任一物理过程中，系统的状态点是从比较有秩序变成比较无秩序。在较为复杂的事件中似乎也存在着研究的方向性。有人讲：“把汽车从停车场开出来，要比将汽车在停车场上停容易。把玻璃打破比用碎玻璃拼好容易。把积木弄乱比把它拼成图案容易，把一个人打死比救活一个人容易”(摘自诺贝尔物理奖获得者库珀的著作)。

自然界有两种进化规律，一是热力学第二定律，另一是达尔文的生物进化论。

热力学第二定律指出，在孤立的系统中，过程总是朝着熵增的方向变化的，即是：物质总是朝着消灭信息、产生混乱的方向演化的。但是达尔文的生物进化论则正好相反，它指出生物的进化(演化)方向是由简单到复杂、由低级到高级、由信息少到信息多、或者说是朝着产生信息，产生秩序的方向演化的(如由单细胞发展到人)。人不只有各类完善的细胞，而且还有用这些细胞组成的各种组织、器官、系统、甚至最高有序的大脑，因而也就有了思维。可见，物理学上的进化规律与生物学上的进化规律岂非截然相反以致针锋相对了吗?

两种进化规律并不矛盾，而是统一在一个更为广泛，更为普遍的拓宽了的热力学之中。这一拓广了的热力学，就是不可逆过程热力学或非平衡热力学。它指出：平衡状态是无序的，而非平衡状态才可能有序的。究竟是向无序演化，还是向有序演化，这要看是趋向平衡的近平衡区的过程，还是远离平衡的远平衡区的过程。

第四章 第2节 热力学第一定律

第2节热力学第一定律 一、改变物体内能的两种方式 1．改变内能的两种方式：做功和热传递。 2．做功：外力对物体做功，可以使物体的内能增加。 3．热传递：没有做功而使物体内能改变的物理过程。 4．做功和热传递对物体内能的改变是等效的，但本质不同。 二、热力学第一定律 1．定义：功、热量跟内能改变之间的定量关系。 2．数学表达式：ΔU＝Q＋W。 1．判断：(1)物体吸收热量，内能一定增大。() (2)物体对外做功，内能一定减小。() (3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。() (4)物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变。() 答案：(1)×(2)×(3)√(4)× 2．思考：运用所学物理知识分析古代人“钻木取火”的原理是什么？ 提示：“钻木取火”即人对木头做功，使木头的内能增大，温度升高，当温度达到木头的着火点时，木头便开始燃烧，即利用做功的方式改变木头的内能。 1.

内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种方式来完成。热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。有过程，才有变化，离开过程则毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，不能谈到“热量”或“功”。 (1)内能是状态量，热量、功是过程量。 (2)热量、功、内能本质是不同的。 1．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是() A．一定是外界对物体做了20 J的功 B．一定是物体吸收了20 J的热量 C．一定是物体分子动能增加了20 J D．物体分子的平均动能可能不变 解析：选D做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B错误；物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故C错误。 1. (1)对ΔU＝Q＋W的理解：热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量。 (2)与热力学第一定律相对应的符号法则：

大学物理期末复习热学-第一章习题热力学系统的平衡态及状态方程.docx

热学：（10学时，29题） 第一章热力学系统的平衡态及状态方程 1. 在标准状态下，容积为10m x 10m x 3m的房间内空气的质量为多少千克？（空气的平 均摩尔质量是29 x 10_3kg/mol） 2. 截面积为S的粗细均匀的U形管，其中储有水银，高度如图所示。今将U形管的右侧 与大气相通，左侧上端封闭，其屮空气柱的温度为300K。若要使空气柱长度变为60cm,需加热到多少K?己知大气压强保持为75cmHgo 第2题 3. 在矿井入风巷道的某一截面处空气的压强p = 0.9xl05Pa,温度t= 17°C,流速v = 5m/s,该处 截面积S = 8m2,问每秒钟流经该处的空气的质量为多少千克？（已知空气的平均摩尔质量是28.9 x 10-3kg/mol） 4. 一篮球在室温为AC时打入空气，使其达到1,5atm，试计算： ⑴赛球时，篮球温度升高到30°C,这时球内的压强有多大？ （2）在球赛过程中，球被扎破了一个小洞，开始漏气，问当球赛结束后，篮球恢复到室温时，球内剩下的空气是原有空气的百分之几？（篮球体积不变，室内外均为latm）5. 深海潜水员要在四周都是水的压力下呼吸空气，因为在0.2MPa的分压强下的氧气是有 毒的所以在一定的水深以下必须使用特殊的气体混合物。已知海水的密度为p = 1.025 x 103kg/m3,试问： ⑴按照含氧21%的体积百分比计算，在什么深度下空气中氧的分压强等于0.2MPa? （2）在深水作业中使用含3%的氧和97%的氮（体积百分比）的气体混合物，在水深200m吋，这种气体混合物中氧的分压强是多少？ 6. 近代物理学中常用电子伏（eV）作为能量单位，试问在多高温度下分子的平均平动动能

第一章热力学第一定律练习题(包括答案)备课讲稿

第一章热力学第一定律练习题(包括答案)

1．如图，将CuSO4水溶液置于绝热箱中，插入两个铜电极， 以蓄电池为电源进行电解，可以看作封闭体系的是： (A) 绝热箱中所有物质；(B) 两个铜电极； (C) 蓄电池和铜电极；(D) CuSO4水溶液。 2．体系的下列各组物理量中都是状态函数的是： (A) T，p，V，Q ； (B) P，V m，C p，W； (C) T，p，V，H； (D) T，p，U，W。 3．x为状态函数，下列表述中不正确的是： (A) d x为全微分；(B) 当状态确定，x的值确定； (C) ?x= ∫d x的积分与路经无关，只与始终态有关； (D) 当体系状态变化，x值一定变化。 4．对于内能是体系状态的单值函数概念，错误理解是： (A) 体系处于一定的状态，具有一定的内能； (B) 对应于某一状态，内能只能有一数值不能有两个以上的数值； (C) 状态发生变化，内能也一定跟着变化； (D) 对应于一个内能值，可以有多个状态。 5．理想气体向真空膨胀，当一部分气体进入真空容器后，余下的气体继续膨胀所做的体积功： (A) W> 0 ； (B) W = 0 ； (C) W < 0 ； (D) 无法计算。 6．在一个绝热钢瓶中，发生一个放热的分子数增加的化学反应，那么： (A) Q > 0，W > 0，?U > 0 ；(B) Q = 0，W = 0，?U < 0 ； (C) Q = 0，W = 0，?U = 0 ；(D) Q < 0，W > 0，?U < 0 。 7．对于封闭体系来说，当过程的始态与终态确定后，下列各项中哪一个无确定值： (A) Q； (B) Q + W ； (C) W (当Q = 0 时) ； (D) Q (当W = 0 时) 。 8．下述说法中，哪一种不正确： (A) 焓是体系能与环境进行交换的能量； (B) 焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量； (C) 焓是体系状态函数； (D) 焓只有在某些特定条件下，才与体系吸热相等。 9．在等压下，进行一个反应A + B→C，若已知热效应?r H m > 0，则该反应一定是： (A) 吸热反应；(B) 放热反应； (C) 温度升高；(D) 无法确定。 10．一定量的单原子理想气体，从 A 态变化到 B 态，变化过程不知道，但若 A 态 与 B 态两点的压强、体积和温度都已确定，那就可以求出： (A) 气体膨胀所做的功； (B) 气体内能的变化； (C) 气体分子的质量；(D) 热容的大小。 11．某高压容器中盛有的气体可能是O2、Ar、CO2、NH3中一种，在298K时由5dm3绝热可逆膨胀到6dm3，温度降低21K，则容器中的气体是： (A) O2 ；(B) CO2 ；(C) NH3 ；(D)Ar。 12．下述说法中，哪一种正确： (A) 热容C不是状态函数；(B) 热容C与途径无关； (C) 恒压热容C p不是状态函数；(D) 恒容热容C V不是状态函数。 13．热力学第一定律仅适用于什么途径： (A) 封闭体系的任何途径； (B)封闭体系的可逆途径； (C) 封闭体系的不可逆途径；(D) 任何体系的任何途径。 14．如图所示，Q A→B→C =a (J)、W A→B→C = b (J)、Q C→A = c (J) ，那么W A→C等于多少： (A) a- b + c ；(B) -(a + b + c) ； (C) a + b - c ； (D) a+ b + c 。 15．如图所示，理想气体由状态1变化到状态2，则该过程的： (A) T2 < T1，W < 0，Q < 0 ； (B) T2 > T1，W < 0，Q > 0 ； (C) T2 < T1，W > 0，Q < 0 ； (D) T2 > T1，W > 0，Q > 0 。 16．非理想气体的节流膨胀过程中，下列哪一种描述是正确的： (A) Q = 0，?H = 0，?p < 0 ；(B) Q = 0，?H < 0，?p < 0 ； (C) Q > 0，?H = 0，?p < 0 ；(D) Q < 0，?H = 0，?p < 0 。 17．一种实际气体，其状态为pV m = RT + αp(α < 0)，该气体经节流膨胀后：

热力学三定律

热力学： 1.热力学第一定律：自然界中的一切物质都有能量，能量不可能被创造，也不 可能被消灭，但可以从一种形态转变为另一种形态；在能量的转换过程中能量的总量保持不变。 2.热力学第二定律： 克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价的从低温物体传至高温物体。 开尔文说法：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。 第二类永动机是不存在的。 3．热力学第三定律： 奈斯特定理：当温度趋于绝对温度时，任何物质系统中所发生的过程，其熵变也趋于零。 不可能通过有限过程将系统冷却至绝对零度。 绝对零度只能无限逼近，而不能最终达到。 4．热力学第零定律： 两个系统分别通过导热壁与第三个物体达热平衡，则这两个物体彼此间也必然达热平衡。 5．卡诺定理： （1）在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆卡诺机，其效率都相等，与工作物质无关。 （2）在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆热卡诺机，其效率必小于可逆机的效率。 燃气轮机： 工作原理：： 燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀作功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。 空气与燃料混合燃烧后的高温高压燃气推动涡轮做功带动发电机发电。 机械设计基础： 自由度：构件可能出现的独立运动的数目。对构建自由度的限制叫做约束。 零件—静连接—构件—运动副—机构—动静连接—机器—机械。 英语： 热能与动力工程—Thermal energy and power engineering 机械动力—Mechanical power 机械设计基础—Mechanical design basis 热力学—Thermodynamics 传热学—Heat-transfer 专业—major

第 二 章 热力学第一定律练习题及解答

第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确，并简述判断的依据 （1）状态给定后，状态函数就有定值，状态函数固定后，状态也就固定了。 答：是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 （2）状态改变后，状态函数一定都改变。 答：是错的。因为只要有一个状态函数变了，状态也就变了，但并不是所有的状态函数都得变。 （3）因为ΔU=Q V ，ΔH=Q p ，所以Q V ，Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗？ 答：是错的。?U ，?H 本身不是状态函数，仅是状态函数的变量，只有在特定条件下与Q V ，Q p 的数值相等，所以Q V ，Q p 不是状态函数。 （4）根据热力学第一定律，因为能量不会无中生有，所以一个系统如要对外做功，必须从外界吸收热量。 答：是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+，它不仅说明热力学能（ΔU ）、热（Q ）和功（W ）之间可以转化，有表述了它们转化是的定量关系，即能量守恒定律。所以功的转化形式不仅有热，也可转化为热力学能系。 （5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，是液体的温度上升，这时ΔH=Q p =0 答：是错的。这虽然是一个等压过程，而此过程存在机械功，即W f ≠0，所以ΔH≠Q p 。 （6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Q 1，焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态形同，这时热效应为Q 2，焓变为ΔH 2，则ΔH 1=ΔH 2。 答：是对的。Q 是非状态函数，由于经过的途径不同，则Q 值不同，焓（H ）是状态函数，只要始终态相同，不考虑所经过的过程，则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题，并说明原因 （1）可逆热机的效率最高，在其它条件相同的前提下，用可逆热机去牵引货车，能否使火车的速度加快？ 答？不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。

工程热力学第四章思考题答案

第四章思考题 4-1 容器被闸板分割为A、B两部分。A中气体参数为P A、T A，B为真空。现将隔板抽去，气体作绝热自由膨胀，终压将为P2，试问终了温 度T2是否可用下式计算？为什么? 1 2 2 () k k A A p T T p -= 答：气体作绝热自由膨胀是不可逆绝热过程，因此终了温度T2不可用上式计算。 4-2 今有任意两过程a-b，b-c，b、c两点在同一定熵线上，如图所示。试问：Δｕab、Δｕac哪个大？再设b、c 两点在同一条定温线上，结果又如何？ 答：由题可知，因b、c两点在同一定熵 线上T b>T c, ｕb>ｕc. Δｕab>Δｕac。若b、 c两点在同一条定温线上，T b=T c, ｕb=ｕ c. Δｕab=Δｕac。 4-3将满足下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上（工质为空气）。

（1）工质又升压、又升温、又放热；（2）工质又膨胀、又降温、又放热； （3）n=1.6的膨胀过程，判 断q，w，Δu的正负； 答：n=1.6的压缩过程在p-v 图和T-s图上表示为1→2 过程。在此过程中q>0, w<0，Δu>0 （4）n=1.3的压缩过程，判断q，w，Δu的正负。

答：n=1.3的压缩过程在p-v图和T-s图上表示为1→2过程。在此过程中q<0，w<0，Δu>0 4-4将p-v图表示的循环，如图所示，表示在T－s图上。图中：2-3，5-1，为定容过程；1-2，4-5为定熵过程；3-4为定压过程。 答：T-s图如图 所示

4-5 以空气为工质进行的某过程中，加热量的一半转变为功，试问过程的多变指数n 为多少？试在p-v 图和T-s 图上画出该过程的大概位置（比热容比可视为定值）。 答：多变过程中，遵循热力学第一定律q u w =?+，由题可知12q u =?，由于v 21()1n -k q c T T n =--，所以() v 21v 21()()21n -k c T T c T T n -=--即： () 121n -k n =-，0.6n = 4-6如果采用了有效的冷却方法后，使气体在压气机汽缸中实现了定温压缩，这时是否还需要采用多级压缩？为什么？（6分） 答：还需要采用多级压缩，由余隙效率可知， 12111n v p c p λ??????=-- ????????? ，余隙使一部分气缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。因此，当需要获得较高压力时，必须采用多级压缩。

第五章热力学第一定律

第四章热力学第一定律 4－1 0.020Kg的氦气温度由升为，若在升温过程中：（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；（3）不与外界交换热量，试分别求出气体内能的改 变，吸收的热量，外界对气体所作的功，设氦气可看作理想气体，且， 解：理想气体内能是温度的单值函数，一过程中气体温度的改变相同，所以内能的改变也相同，为： 热量和功因过程而异，分别求之如下： （1）等容过程： V=常量A＝0 由热力学第一定律， （2）等压过程： 由热力学第一定律， 负号表示气体对外作功， （3）绝热过程 Q＝0 由热力学第一定律 4－2分别通过下列过程把标准状态下的0.014Kg氮气压缩为原体积的一半；（1）等温过程；（2）绝热过程；（3）等压过程，试分别求出在这些过程中气体内能的改变，传递的热量和外界对气体所作的功，设氮气可看作理想气体，且 ，

解：把上述三过程分别表示在P-V图上， （1）等温过程 理想气体内能是温度的单值函数，过程中温度不变，故 由热一、 负号表示系统向外界放热 （2）绝热过程 由或 得 由热力学第一定律 另外，也可以由 及 先求得A

（3）等压过程，有 或 而 所以＝ ＝ ＝ 由热力学第一定律， 求之 也可以由 另外，由计算结果可见，等压压缩过程，外界作功，系统放热，内能减少，数量关系为，系统放的热等于其内能的减少和外界作的功。 4－3 在标准状态下的0.016Kg的氧气，分别经过下列过程从外界吸收了80cal 的热量。（1）若为等温过程，求终态体积。（2）若为等容过程，求终态压强。 （3）若为等压过程，求气体内能的变化。设氧气可看作理想气体，且 解：（1）等温过程

热学(秦允豪编)习题解答第四章-热力学第一定律

普通物理学教程《热学》（秦允豪编） 习题解答 第四章 热力学第一定律 4.2.1 解： ?-=21V V PdV W C T = （1）()RT b v P =- b v RT P -= ???? ??---=--=?b v b v dv b v RT W i f v v f i ln （2） ??? ??-=v B RT Pv 1 ??? ??-=v B RT P 1 ???? ??-+-=??? ??--=? i f i f v v v v BRT v v RT dv v B RT W f i 11ln 1 4.2.2 应用（4.3）式 ?-=21V V PdV W 且 k PiV PV i ==γγ γγ-=V V P P i i 故有：f i f v v i i V Vi i i V V P dV V V P W γ γ γγγ----=-=? 111 () ()i i f f i f i i V P V P V V V P --=--=--111 111γγγγγ （应用了γγf f i i V P V P =） 4.4.2 （1） 2v a b v RT P --= ???+--=-=dv v a dv b v RT Pdv W 2 a V V b V b V RT ???? ??--???? ??---=121211ln （2）d v a cT u +-=2当C V =时， V V V dt du dT dQ C ??? ??=??? ??= ∴C C V = T C CdT Q T T ?==?21 4.4.3 水蒸气的凝结热即为定压状况下单位质量物质相变时吸收（或释放）的热量，在等压下此值即为比焓变化，即： ()kJ h m H l V 4.244459.1000.2545-=--=?-=?= （系统放热）

从四大定律角度对热力学学习的认识

从四大定律角度对热力学学习的认识 2013级物理萃英班洪熹宇 摘要： 热力学是一门研究热运动的宏观理论，它与统计物理学的研究目的，都在于研究运动的规律，同时研究与热运动有关的物性，以及宏观物质系统的演化过程。但是它与统计物理学的研究方法上有着很大的不同，统计物理学侧重于从微观角度分析和解决问题，而热学的基础则是建立在宏观的基础上。它是一种唯象的宏观理论，具有较高的普适性和一般性。本文由学生在热力学学习过程中，将自己的体会与知识相结合，从四大定律着手给出学生对于热力学研究意义的思考和认识。 关键词：热力学三大定律，热平衡定律，能量守恒，自由能，熵，绝对零度 正文： 一、热力学四大定律的发现与形式 宏观角度看待问题的是经典的，因此热力学总是能给出一个条件给定系统的最终平衡状态的各个参数。人们在对热力学研究的基础上，总结出了热力学的三大定律，加上热平衡定律，便构成了热力学最主要的四个结论。 首先，能量守恒与转换定律是自然界最普遍、最基本的规律之一。它指出，自然界中的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，这种不同形式的能量都可以转移（从一个物体传递到另一个物体），也可以相互转换(从一种能量形式转变为另一种能量形式)，但在转移和转换过程中，它们的总量保持不变。这一规律成为能量守恒与转换定律。能量守恒与转换定律应用在热力学中，或者说应用在伴有热效应的各种过程中，便是热力学第一定律。历史上，焦耳在绝热过程中所做的两个实验，首先认识到外界对于系统所做的功，仅仅与系统的初态和末态是相关联的。在此人们定义了一个内能的概念，它的意义是，系统在末态和初态的内能之差，等于在过程中外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和，这便是热力学第一定律的数学表达形式。此外，在工程热力学上，热力学第一定律也可表述成“热是能的一种，机械能变热能或热能变机械能时，它们之间的比值是一定的”，或者“热可以变功，功可以变热。一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时必定出现与之相应量的热”。 其次，人们在各类实验基础上又发现了热力学第二定律。卡诺在研究中发现，各种热机运动最终都服从于卡诺关于可逆热机的两个定理。然而卡诺在热机工作过程的认知上并不正确，由此克劳修斯和开尔文分别提出了热力学第二定律的两种表述：开尔文提出了“利用无生命物质的作用，把物质任何部分冷到比它周围最冷的客体以下，以产生机械效应，这是不可能的”。现在表述为“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功，而不产生其它影响”，克劳修斯提出了“不可能把热量，从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。”，二者分别从不同角度说明了热力学第二定律的实质，即任何与热现象有关的实际过程都有着其自发进行的方向，是不可逆的。这两种表述也可以相互进行逻辑上的论证，由此也发现了不同种类的不可逆过程本质上其实是可以互相进行推断的。特别的，在孤立系统下，由热力学第二定律可以推出重要的熵增加原理，为今后判断孤立系统的稳定平衡条件提供了依据。 随着科学研究的深入和对于低温条件获取的需要，人们在思考，究竟可不可以通过有限的过程实现绝对零度？20世纪初,人们通过对低温下热力学现象的研究,确定了物质熵值的零点,逐步建立起了热力学第三定律,进而提出了规定熵的概念,为解决一系列的热力学问题提供了极大的方便。热力学第三定律可以准确、简洁的表述为:0K时,任何完美晶体的熵值为0。也可以表达为，绝对零度不能达到。

第一章热力学系统的平衡态和物态方程

目录 第一章热力学系统的平衡态和物态方程 (1) 第二章热力学第一定律 (3) 第三章热力学第二定律与熵 (7) 第四章均匀物质的热力学性质 (10) 第五章相变 (14) 第六章近独立粒子的最概然分布 (17) 第七章玻耳兹曼统计 (21) 第八章玻色统计和费米统计 (22)

第一章热力学系统的平衡态和物态方程 基本要求 1.掌握平衡态、温度等基本概念; 2.理解热力学第零定律; 3.了解建立温标的三要素; 4.熟练应用气体的物态方程。 主要内容 一、平衡态及其状态参量 1.平衡态 在不受外界条件影响下，系统各部分的宏观性质长时间不发生变化的状态称为平衡态。注意: (1) 区分平衡态和稳定态.稳定态的宏观性质虽然不随时间变化,但它是靠外界影响来维持的. (2) 热力学系统处于平衡态的本质是在系统的内部不存在热流和粒子流。意味着系统内部不再有任何宏观过程. (3) 热力学平衡态是一种动态平衡，常称为热动平衡。 2.状态参量 用来描述系统平衡态的相互独立的物理量称之为状态参量。其他的宏观物理量则可以表达为状态参量的函数，称为状态函数。在热力学中需要用几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量等四类参量来描述热力学系统的平衡态。简单系统只需要两个独立参量就能完全确定其平衡态. 二、温度与温标 1.热力学第零定律 与第三个物体处于热平衡的两个物体，彼此也一定处于热平衡。这个实验规律称为热力学第零定律。由该定律可以得出温度的概念,也可以证明温度是态函数. 2.温标 温标是温度的数值表示法分为经验温标(摄氏温标、华氏温标、理想气体温标等)和热力学温标两类.

三、物态方程 物态方程就是给出温度与状态参量之间的函数关系。具有n 个独立参量的系统的物态方程是 ()12,, ,0n f x x x T = 或 ()12,,n T T x x x = 简单系统（均匀物质）物态方程为 ()0,,=T V p f 或 (),T T p V = 物态方程有关的反映系统属性的物理量 （1） 等压体胀系数 p T V V ??? ????= 1α （2） 等体压强系数 V T p p ??? ????= 1β （3） 等温压缩系数 T T p V V ???? ????-=1κ 由于p 、V 、T 三个变量之间存在函数关系，其偏导数之间将存在偏微分循 环关系式 1-=??? ? ?????? ???????? ????p V T V T T p p V 因此α、β、κT 满足 p T βκα= 解题指导 本章题目主要有四类： 一、有关温度计量的计算； 二、气体物态方程的运用； 三、已知物态方程，求α、β、κT .可以由物态方程求偏微分，利用偏微分循环关系式会使问题容易；

热力学三大定律

热力学第一定律 热力学第一定律：也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律。 简单的解释如下： ΔU = Q+ W 或ΔU=Q-W（目前通用这两种说法，以前一种用的多） 定义：能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。 基本内容：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。 普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。热力学的基本定律之一。 热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。 表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差，即UⅡ－UⅠ＝ΔU＝Q－W或Q＝ΔU＋W这就是热力学第一定律的表达式。如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z，则应为ΔU＝Q－W＋Z。当然，上述ΔU、W、Q、Z均可正可负（使系统能量增加为正、减少为负）。对于无限小过程，热力学第一定律的微分表达式为 δQ＝dU＋δW因U是态函数，dU是全微分[1]；Q、W是过程量，δQ和δW只表示微小量并非全微分，用符号δ以示区别。又因ΔU或dU只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否平衡态无关。 热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然，第一类永动机违背能量守恒定律。 热力学第二定律 (1)概述/定义 ①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体(不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的)。 ②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的）。 (2)说明

第四章 热力学第一定律

华北科技学院
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
第四章 热力学第一定律

4.1 闭系非流动过程的能量平衡
能量平衡式 体系能量的变化=体系与环境交换的净能量。 即：
(能量)入 ? (能量)出 = (能量)存
封闭体系非流动过程的热力学第一定律：
ΔU = Q + W
4.2 开系通用的能量平衡方程

4.3 稳流过程的能量平衡
1. 开系稳流过程的能量平衡
状态是稳定的 稳流过程 流动是稳定的 1)外部环境对流体提供的能量(对于1kg流体): ①外功(ws)—净功或有效功，J/kg； 规定：外界提供给流体功， ws为正； 流体传递给外界功，ws为负。 ②热量(q)—获得的热量，J/kg；

4.3 稳流过程的能量平衡
2) 流体在流动过程中本身所具有的能量(对于1kg流体): ① 内能 U: J/kg； ② 位能: ③ 动能: ④ 静压能(压强能) m kg： 动能 = mu2/2， J 1 kg： 动能 = u2/2 ， J/kg m kg： 位能 = mgZ， J 1 kg： 位能 = gZ， J/kg
m kg-V m3 ： 静压能 = pV , J 1
V kg- m3 m
：静压能
=
pV p = m ρ
, J/kg

4.3 稳流过程的能量平衡
衡算范围：1-1′至2-2′截面 衡算基准：1kg不可压缩流体 基准水平面：0-0′平面
流动系统
依据: 输入总能量=输出总能量
1 2 p1 1 2 p2 U 1 + gz1 + u1 + + we + q = U 2 + gz2 + u2 + 2 ρ 2 ρ
总能量衡算式

热力学三大定律

热力学三大定律 热力学第一定律 热力学第一定律是能量守恒定律。热力学第二定律有几种表述方式：克劳修斯表述热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物；开尔文-普朗克表述不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。或者绝对零度（T=0K）不可达到。 热力学第一定律也就是能量守恒定律。 内容 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做功的和。（如果一个系统与环境孤立，那么它的内能将不会发生变化。） 表达式:△U=W+Q 符号规律 ：热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功，向外界散热和内能减少的情况，因此在使用:△U=W+Q时，通常有如下规定： ①外界对系统做功，W>0，即W为正值。 ②系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0,即W为负值 ③系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值 ④系统从外界放出热量，Q<0，即Q为负值 ⑤系统内能增加，△U>0，即△U为正值 ⑥系统内能减少，△U<0，即△U为负值 从三方面理解 1.如果单纯通过做功来改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界对物体（或物体对外界）所做功的数值，即△U=W 2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化可以用传递热量的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界吸收（或对外界放出）热量Q的数值，即△U=Q 3.在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化，则要由做功和所传递的热量共同决定。在这种情况下，物体内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和对外界做功W之和。即△U=W+Q 能量守恒定律 能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。 能量的多样性 物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。 不同形式的能量的转化 “摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能。。。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的。 能量守恒的意义

热力学平衡汇总

第2章. 化学热力学与化学平衡 2.1 化学热力学基本知识 1. 研究内容：化学热力学研究的对象是宏观系统。 化学反应的能量变化；化学反应的方向；化学的反应限度。 2. 一些相关的重要的基本概念 (1)系统、环境和相： 热力学中研究的对象为系统；称系统以外的其他密切相关部分为环境。 相是系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分，相与相之间存在明显的界面。通常把只含有一个相的系统称为均相系统；含两个或两个以上相的系统称为多相系统。(2)系统的分类： 按系统与环境之间能量和物质交换有无交换分三类： 重点讨论的是封闭系统。 (3)状态和状态函数： 状态：系统的宏观性质的综合表现。

状态函数：描述系统性质的物理量(如：n、p、V、T、U、H、G、S ……) 广度性质：具有加和性的系统性质,如体积、质量等。 强度性质：不具有加和性的系统性质, 如温度。 状态函数的特点：其量值只取决系统所处的状态；其变化值仅取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。(4)过程和途径： 系统状态所发生的任何变化称为过程。系统经历一个过程，由始态变化到终态，可以采用多种不同的方式，通常把完成某一过程的具体方式称为途径。 根据过程发生时的条件不同，可分为以下几类： (1)等温过程：系统的始态温度与终态温度相同。 (2)等压过程：系统始态的压力与终态的压力相同。 (3)等容过程：系统的体积无变化的过程称为等容过程。 (4)循环过程：如果系统由某一状态出发，经过一系列变化又回到原来的状态，这种过程就称为循环过程。 无机化学重点讨论等温等压等压过程。 3. 标准状态、标准状况 热力学标准状态：

第四章 均相敞开系统热力学及相平衡准则剖析

第四章均相敞开系统热力学及相平衡准则 §4-1 引言本章提要(教师录像) 第3章的研究对象是均相封闭系统，由此可以解决纯物质或均相定组成混合物的物性计算问题。非均相系统由两个或两个以上的均相系统组成，在达到相平衡状态之前，其中的每个相都是均相敞开系统，通过相之间的物质和能量传递，才能使系统达到平衡，所以，均相敞开系统的热力学关系，对于确定非均相系统相平衡十分重要。 从热力学原理上来看混合物性质计算，应该有两种方法：一是将混合物作为均相封闭系统（即定组成混合物）；二是将混合物看作是均相敞开系统（即变组成混合物），得到混合物性质随着组成的变化关系。这两种方法得到的结果应该是一致的，在实际应用中，前者常用的模型一般是状态方程及其混合法则，而后者所用的模型一般是一个液体溶液模型（如G E）。研究非均相体系的基础是均相敞开体系的热力学基本关系式。 §4-2 均相敞开系统的热力学基本关系 公式 4-1 公式4-2 公式4-3 公式4-4化学势的定义为 公式 4-5§4-3 非均相系统的相平衡准则

公式 4-6 公式 4-7 公式 4-8 §4-4 偏摩尔性质 1 偏摩尔性质的定义 2 摩尔性质和偏摩尔性质之间的关系 公式 4-9 公式 4-10对于二元系统有 公式 4-11 §4-5 Gibbs-Duhem方程 Gibbs-Duhem方程表达了混合物中各组分的偏摩尔性质的相互联系，其通式为

公式 4-13 在恒定T、p条件下，式（4-13）则变成 公式 4-14 低压下的液体混合物，在温度一定时近似满足4-14式（因为压力对液体的影响较小）。 Gibbs-Duhem方程在检验偏摩尔性质模型、热力学实验数据等方面有重要作用。 式（4-13）是Gibbs-Duhem方程的通式，它有许多具体形式。 §4-6 混合过程性质变化 混合过程性质变化，可以表示为 公式4-15其中，M i是与混合物同温、同压下的纯组分的摩尔性质。 对于理想气体混合物，其混合过程性质变化可以由纯物质的性质和组成来表示，如 公式4-16 §4-7 混合物中的组分逸度和组分逸度系数 纯物质的逸度和逸度系数，为研究纯物质的相平衡提供了方便；同样，为了研究混合物相平衡的方便，从偏摩尔吉氏函数，引入了混合物中组分逸度和组分逸度系数的概念。

工程热力学第四章思考题答案

第四章思考题 4-1 容器被闸板分割为A 、B 两部分。A 中气体参数为P A 、T A ，B 为真空。现将隔板抽去，气体作绝热自由膨胀，终压将为P 2，试问终了温度T 2是否可用下式计算？为什么? 122()k k A A p T T p -= 答：气体作绝热自由膨胀是不可逆绝热过程，因此终了温度T 2不可用上式计算。 4-2 今有任意两过程a-b ，b-c ，b 、c 两点在同一定熵线上，如图所示。试问：Δｕab 、Δｕac 哪个大？再设b 、c 两点在同一条定温线上，结果又如何？ 答：由题可知，因b 、c 两点在同一定熵线上T b >T c , ｕb >ｕc . Δｕ ab >Δｕac 。 若b 、c 两点在同一条定温线上，T b =T c , ｕb =ｕc . Δｕab =Δｕac 。 4-3将满足下列要求的多变过程表示在p-v 图和T-s 图上（工质为空气）。 （1）工质又升压、又升温、又放热； （2）工质又膨胀、又降温、又放热； （3）n=1.6的膨胀过程，判断q ，w ，Δu 的 正负； 答：n=1.6的压缩过程在p-v 图和T-s 图上 表示为1→2过程。在此过程中q>0, w<0， Δu>0

（4）n=1.3的压缩过程，判断q ，w ，Δu 的正负。 答：n=1.3的压缩过程在p-v 图和T-s 图上表示为1→2过程。在此过程中q<0，w<0，Δu>0 4-4将p-v 图表示的循环，如图所示，表示在T －s 图上。图中：2-3，5-1，为定容过程；1-2，4-5为定熵过程；3-4为定压过程。 答：T-s 图如图所示 4-5 以空气为工质进行的某过程中，加热量的一半转变为功， 试问过程的多变指数n 为多少？试在p-v 图和T-s 图上画出该过程的大概位置（比热容比可视为定值）。 答：多变过程中，遵循热力学第一定律q u w =?+，由题可知12 q u =?，由于v 21()1n -k q c T T n =--，所以()v 21v 21()()21n -k c T T c T T n -=--即：() 121n -k n =-，0.6n = 4-6如果采用了有效的冷却方法后，使气体在压气机汽缸中实现了定温压缩，这时是否还需要采用多级压缩？为什么？（6分） 答：还需要采用多级压缩，由余隙效率可知，12111n v p c p λ??????=-- ????????? ，余隙使一部分气缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。因此，当需要获得较高压力时，必须采用多级压缩。

传热学知识点复习

传热学 1.热力学三大定律+第零定律 ① 热力学第一定律： 一个热力学系统的内能增量等于外界向他传递的热量与外界对他做功的和。 ② 热力学第二定律： 克劳修斯表述：热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但是反之不行。 开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。 只要温差存在的地方，就有热能从自发地从高温物体向低温物体传递。 ③ 热力学第三定律： 绝对零度不可能达到。 ④ 热力学第零定律： 如果两个热力学系统都第三个热力学系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡。 2.各个科技技术领域中遇到的的传热学问题可以大致归纳为三种类型的问题 ①强化传热 ②削弱传热 ③温度控制 3.热能传递的三种方式 ①热传导—物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生热能传递。 ②热对流—由于流体的宏观运动二引起的流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互混掺所导致的热量传递。 ③热辐射—物体通过电磁波来传递能量的方式。（由于热的原因发出的辐射为热辐射） 4.傅里叶定律（导热基本定律） 热流密度q=-λdx dt （一维） 负号表示热量传递方向与温度升高方向相反 q —单位时间内通过某一给定面积的热量（矢量）。 λ金属>λ液体>λ气体 λ—导热系数表示材料的导热性能优劣的参数，即是一种热物性参数。W/（m ·k ） 5.自然对流与强制对流 自然对流—由于流体冷热各部分的密度不同而引起的。 强制对流—流体的流动是由于水泵、风机或者其他压差作用所造成的。 Q=Ah tf tw - 表面传热系数h —不仅取决于流体物性（λρCp ）以及换热表面的形状、大小与布置海域流速密切相关。

工程热力学第四章思考题答案

工程热力学第四章思考题答案 第四章思考题 4-1 容器被闸板分割为A、B两部分。A中气体参数为P、T，B为真空。现将隔板抽去，气AA体作绝热自由膨胀，终压将为P，试问终了温度T是否可用下式计算,为什么? 22 k,1p2k ,()TT2ApA 答:气体作绝热自由膨胀是不可逆绝热过程，因此终了温度T不可用上式计算。 2 4-2 今有任意两过程a-b，b-c，b、c两点在同一定熵线上，如图所示。试问:Δ,、Δ,ab 哪个大,再设b、c两点在同一条定温线上，结果又如何, ac 答:由题可知，因b、c两点在同一定熵线上T>T, ,>,. Δ,bcbc>Δ,。若b、c 两点在同一条定温线上，T=T, ,=,. Δ,=abacbcbcabΔ,。 ac 4-3将满足下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上(工质为空气)。 )工质又膨胀、又降温、又放热; (1)工质又升压、又升温、又放热; (2

(3)n=1.6的膨胀过程，判断q，w，Δu的 正负; 答:n=1.6的压缩过程在p-v图和T-s图上 表示为1?2过程。在此过程中q>0, w<0， Δu>0 (4)n=1.3的压缩过程，判断q，w，Δu的正负。 答:n=1.3的压缩过程在p-v图和T-s图上表示为1?2过程。在此过程中q<0，w<0，Δu>0

4-4将p-v图表示的循环，如图所示，表示在T,s图上。图中:2-3，5-1，为定容过程;1-2，4-5为定熵过程;3-4为定压过程。 答:T-s图如图所示 4-5 以空气为工质进行的某过程中，加热量的一半转变为功， 试问过程的多变指数n为多少,试在p-v图和T-s图上画出该过程的大概位置(比热容比可视为定值)。 1qu,,答:多变过程中，遵循热力学第一定律，由题可知，由于quw,,，2 n-kn-kn-kn,0.6qcTT,,()cTTcTT()(),,,,1，所以即:， v21v21v21n,121n,21n,，，，， 4-6如果采用了有效的冷却方法后，使气体在压气机汽缸中实现了定温压缩，这时是否还需要采用多级压缩,为什么,(6分) 1，，n,,p2,,,11c,,,答:还需要采用多级压缩，由余隙效率可知，，余隙使一部分气缸,,v,,p1,,,,，， 容积不能被有效利用，压力比越大越不利。因此，当需要获得较高压力时，必须采用多级压缩。 4-7 一个气球在太阳光下晒热，里面空气进行的是什么过程,在p-v图和T-s 图上画出过程的大致位置。如不考虑气球薄膜在膨胀过程中的弹力作用，气体进行的过程又将如何表示, 答:一个气球在太阳光下晒热，里面空气进行的是升温、升

(完整版)高中物理所有定律定理定则大全

高中物理所有定律、定理、定则 一、牛顿三大定律 1、牛顿第一定律： 一切物体（在不受任何外力作用时）总保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。 （任何物体都保持静止或沿一条直线做匀速运动的状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。） 2、牛顿第二定律： 物体的加速度跟受到的外力成正比，跟物体的质量成反比：加速度的方向总跟外力方向一致。 运动的变化与所加的动力成正比,并且发生在这力所沿的直线的方向上。 3、牛顿第三定律： 物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。作用在两个物体上，同时产生、同事变化、同时消失、性质总相同。 对于每一个作用,总有一个相等的反作用与之相反;或者说,两个物体之间对各自对方的相互作用总是相等的,而且指向相反的方向 二、开普勒三大定律 1、开普勒第一定律，（轨道定律） 每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。

2、开普勒第二定律（面积定律:） 在相等时间内，太阳和运动中的行星的连线所扫过的面积都是相等的。 3、开普勒第三定律（周期定律） 绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量。 三、热力学三大定律 1、热力学第一定律： 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。(如果一个系统与环境孤立，那么它的内能将不会发生变化。) 热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功，向外界散热和内能减少的情况，因此在使用:△U=-W+Q时，通常有如下规定: ①外界对系统做功，W>0,即W为正值。 ②系统对外界做功，W<0,即W为负值。 ③系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值 ④系统从外界放出热量，Q<0，即Q为负值 ⑤系统内能增加，△U>0，即△U为正值 ⑥系统内能减少，△U<0，即△U为负值 第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。其不可能存在，因为违背的能量守恒定律