第九章热力学

第九章水蒸气的热力性质和蒸汽动力循环

9--1水蒸气的饱和状态

什么叫饱和状态

饱和状态就是汽--液平衡共存的状态就是饱和状态。

假定有一容器，灌进一定量的水（不装满），然后设法将留在容器中水面上方的空气抽出，并将容器封闭。空气抽出后，水面上方不可能是真空状态，而是充满水蒸气（有水汽化而来）。水蒸气的分子处于紊乱的热运动中，它们相互碰撞，和容器壁碰撞，也和水面碰撞。在和水面碰撞时，有的仍然返回到蒸汽空间，有的进入了水面变成水的分子。水蒸气的压力愈高，密度愈大，水蒸气分子与水面碰撞愈频繁，在单位时间内水进入水面变成水分子的水蒸气分子数也愈多。

在一定的温度下，水蒸气的压力总会自动稳定在一定的数值上。这时进入水面和脱离水面的分子数相等，水蒸气和水处于平衡状态，也就是饱和状态。饱和状态下的水称为饱和水；饱和状态下的水蒸气称为饱和水蒸气；饱和状态下的压力称为饱和压力ps；与此相应的饱和蒸汽（或饱和液体）的温度称为饱和温度ts。

如图可知一定的饱和温度总是对应着一定的饱和压力；一定的饱和压力也总是对应着一定的饱和温度。饱和温度愈高，饱和压力也愈高。

当温度超过ts 时，液相不可能存在，而只可能存在气相。Ts 称

为临界温度。与临界温度相对应的饱和压力Pc 称为临界压强。所以，

临界温度是最高的饱和温度；临界压力是最高的饱和压力。

水（或水蒸气）的临界参数值为

当压力低于一定数值PA 时，液相也不可能存在，而只可能是气

相或固相。PA 称为三相点压力。与三相点压力相对应的饱和温度tA

称为三相点温度。所以，三相点压力是最低的汽--液两相平衡的饱和

压力；三相点温度是最低的汽--液两相平衡的饱和温度。

水的三相点温度和三相点压力为

kg m v Mpa p C K T C C C /003106.0064.2299.37314.6473===）（。

9--2水蒸气的产生过程

将1kg 、0度的水装在带有活塞的容器中（如图）。从外界向容器中加热，同时保持容器内的压力为P 不变。起初，水的温度逐渐升高，比体积也稍有增加（如a---b 过程）。但当温度升高到相应于P 的饱和温度ts 而变成饱和水以后（b ），继

Mpa

p C K T A A 000611659.001.016.273==）

（。

续加热，饱和水便逐渐变成饱和水蒸气（即所谓汽化），直

到汽化完毕。在整个汽化过程中，温度始终保持为饱和温度

ts 不变。在汽化过程中，由于饱和温度和水蒸气的量不断增

加，比体积一般增大很多（过程b 到d ）。再继续加热，温度

又开始上升，比体积继续增大（过程d 到e ）， 饱和水蒸气

变成了过热水蒸气（即温度高于当时压力所应对的饱和温度

的水蒸气）。过程d 到e 和一般气体的定压加热过程没有什么

区别。

水蒸气的产生分为三个阶段：

1、水的定压预热过程（不饱和水到饱和水为止）

2、饱和水的定压汽化过程（从不饱和水到完全变成为饱和

水蒸汽）

0h h q dt c q s t p -==?''''

3、 水蒸气的定压过热过程（从饱和水蒸气到任意温度的过

热水蒸气）

9-5、基本的蒸气动力循环——朗肯循环

蒸汽动力装置所采用的工质一般都是水蒸气。蒸汽动力

装置包括四部分主要设备——蒸汽锅炉、蒸汽轮机、疑汽器、

水泵。水在蒸汽锅炉中预热、汽化并过热，变成过热水蒸气。

从蒸汽锅炉出来的水蒸汽进入蒸汽轮机膨胀做功。因

为大量水蒸气很快流过蒸汽轮机，平均每千克蒸汽散失的热

量相对来说很少，因此可以认为过程是绝热过程（过程1到"

'""""0q r q h q h h h h q +++=+=-=0"'"''r h h h h r h q r

=-=+=++

2）。

从蒸汽轮机排出的水蒸气进入疑汽器，疑结为水（过程2到

3）。疑结水经过水泵，提高压力后再进入蒸汽锅炉。水在水

泵中被压缩时散失到外界的热量很少。可以认为是绝热过程

（过程3到0）。

经过上述四个过程后，工质回到了原来状态，这样便完

成了一个循环。由两个定压过程（或者说由个不做技术工的

过程）和两个绝热过程组成的最简单的蒸汽循环称为朗肯循

环。

朗肯循环的热效率为：

232110212110111t t h h q q h h q h h q h h ηη-=-

=---=-=-

卡诺循环与朗肯循环的区别：

卡诺循环为要保证热机所进行的循环是可逆的，首先工质内部必须是平衡的。另外，当工质从热源吸收热时，工质的温度必须等于热源的温度（传热无温差），工质在心热膨胀时无摩擦，也我就是说，工质必须进行一个可逆的定温吸热（膨胀）过程。同样，在向冷源放热时，工质的温度必须等于冷源温度，工质必须进行一个可逆的定温放热（压缩）过程。然而，朗肯循环考虑了这些问题的存在。

9-6、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响

蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响，也就是指初温、初压和终压对对朗肯循环热效率的影响。如果新汽和乏汽压力保持不变为P1和P2不变，将新汽的温度从T1提高到T2结果朗肯循环的平均吸热温度有所提高，而平均放热温度未变，因而循环效率也就提高了。

再假定新汽温度和乏汽压力保持在T1和P2不变，将新汽压力由P1提高到P2.在通常情况下，这也能提高朗肯循环的平均吸热温度，而平衡放热温度不变，因而可以提循环的热效率。

虽然提高新汽的温度和压力能提高朗肯循环的热效率，但是要指出的是单独提高初压会使膨胀终了时乏汽的湿度增大。乏汽湿度过大，不仅影响蒸汽轮机最末几级的工作效率，而且危及安全。提高初温可将一降低膨胀终了时乏汽的湿度。所以，蒸汽的初温和初压一般都是同时提高的，这样既可避免单独提高初压带来的乏汽湿度增大的问题，又可使循环效率的增长更为显著。

随着乏汽压力的降低，朗肯循环的热效率有显著地提高。但是由于乏汽温度充其量也只能降低到和天然冷源的温度相等，因此乏汽压力的降低时有限度的。

一、温度对热效率的影响

1、在相同的初压及背压下，提高初温可使热效率增大；

因为提高了平均吸热温度。

2、可使终态的干度增大，对提高汽轮机相对内效率和延长汽轮机的使用寿命，增加运行安全及设备安全性有利。

3、受材料耐热性能的限度。

二、初压对热效率的影响

1、在相同的的初度及背压下，提高初压可热效率增大，因为提高了平均吸热温度。

2、必须考虑设备的强度问题。

3、初压提高会使乏汽干度迅速降低，乏汽中所含的水分增加，将引起汽轮机内部效率降低，且水分超出某一限度时（通常不低于88%）将引起汽轮机最后几级叶片侵蚀，缩短汽轮机的设备的使用寿命，并能引起汽轮机的危险震动，但提高P，的同时提高T，可以抵消因初压而引起的乏汽干度的降低。

三、背压对热效率的影响

1、在相同的初温初压下，降低背压也能使效率提高。

2、受环境温度的影响。

3、降低背压若不提高初压也会引起乏汽干度降低。

9-7、蒸汽再热循环

蒸汽再热循环的利弊：

1、由于再热循环所的平均吸热温度高于朗肯循环的平均吸热温度，平均放热温度相同，因此循环热效率得到提高。

2、采用再热循环可显著提高乏气干度，有利于机组运行。

3、由于每千克蒸汽所作的功增加了，故汽消耗较低，通过设备的水和水蒸汽的质量减少，可减轻水泵和冷凝器的负荷。

4、但因管道、阀门及换热面增多，增加了投资费用，且使管理运行复杂化。

9-8、抽气回热循环

回热循环的利弊：

1、提高了循环热效率。

2、由于工质吸热量减小，锅炉热负荷减低，因而减少受热面，节省金属材料。

3、由于汽耗率增大，使汽轮机高压端的蒸汽量增加，而低压端因抽气流量减小，这样有利于汽轮机设计中解决第一级叶片太短和最末级叶片太长的矛盾，提高单机效率。

4、由于进入冷凝器的乏气量减小，可减少冷凝器的换热面积，节省钢材。

5、但因管道、阀门、回热器及水泵等设备增多，增加了投资费用，且使管理复杂化。

第九章、工程热力学思考题答案

第九章气体动力循环 1、从热力学理论看为什么混合加热理想循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高，随定压预胀比ρ的增大而降低？ 答：因为随着压缩比ε和定容增压比λ的增大循环平均吸热温度提高，而循环平均放热温度不变，故混合加热循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高。混合加热循环的热效率随定压预胀比ρ的增大而减低，这时因为定容线比定压线陡，故加大定压加热份额造成循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快，故热效率反而降低。 2、从内燃机循环的分析、比较发现各种理想循环在加热前都有绝热压缩过程，这是否是必然的？ 答：不是必然的，例如斯特林循环就没有绝热压缩过程。对于一般的内燃机来说，工质在气缸内压缩，由于内燃机的转速非常高，压缩过程在极短时间内完成，缸内又没有很好的冷却设备，所以一般都认为缸内进行的是绝热压缩。 3、卡诺定理指出两个热源之间工作的热机以卡诺机的热效率最高，为什么斯特林循环的热效率可以和卡诺循环的热效率一样？ 答：卡诺定理的内容是：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相同，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质无关。定理二：在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。由这

两条定理知，在两个恒温热源间，卡诺循环比一切不可逆循环的效率都高，但是斯特林循环也可以做到可逆循环，因此斯特林循环的热效率可以和卡诺循环一样高。 4、根据卡诺定理和卡诺循环，热源温度越高，循环热效率越大，燃气轮机装置工作为什么要用二次冷却空气与高温燃气混合，使混合气体降低温度，再进入燃气轮机？ 答：这是因为高温燃气的温度过高，燃气轮机的叶片无法承受这么高的温度，所以为了保护燃气轮机要将燃气降低温度后再引入装置工作。同时加入大量二次空气，大大增加了燃气的流量，这可以增加燃气轮机的做功量。 5、卡诺定理指出热源温度越高循环热效率越高。定压加热理想循环的循环增温比τ高，循环的最高温度就越高，但为什么定压加热理想循环的热效率与循环增温比τ无关而取决于增压比π？ 答：提高循环增温比，可以有效的提高循环的平均吸热温度，但同时也提高了循环的平均放热温度，吸热和放热均为定压过程，这两方面的作用相互抵消，因此热效率与循环增温比无关。但是提高增压比，p1不变，即平均放热温度不变，p2提高，即循环平均吸热温度提高，因此循环的热效率提高。 6、以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例，总结分析动力循环的一般方法。 答：分析动力循环的一般方法：首先，应用“空气标准假设”把实际问题抽象概括成内可逆理论循环，分析该理论循环，找出影响循环热

第九章工程热力学思考题答案

第九章气体动力循环 1、从热力学理论瞧为什么混合加热理想循环的热效率随压缩比ε与定容增压比λ的增大而提高,随定压预胀比ρ的增大而降低？ 答:因为随着压缩比ε与定容增压比λ的增大循环平均吸热温度提高,而循环平均放热温度不变,故混合加热循环的热效率随压缩比ε与定容增压比λ的增大而提高。混合加热循环的热效率随定压预胀比ρ的增大而减低,这时因为定容线比定压线陡,故加大定压加热份额造成循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快,故热效率反而降低。 2、从内燃机循环的分析、比较发现各种理想循环在加热前都有绝热压缩过程,这就是否就是必然的？ 答:不就是必然的,例如斯特林循环就没有绝热压缩过程。对于一般的内燃机来说,工质在气缸内压缩,由于内燃机的转速非常高,压缩过程在极短时间内完成,缸内又没有很好的冷却设备,所以一般都认为缸内进行的就是绝热压缩。 3、卡诺定理指出两个热源之间工作的热机以卡诺机的热效率最高,为什么斯特林循环的热效率可以与卡诺循环的热效率一样？ 答:卡诺定理的内容就是:在相同温度的高温热源与相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环,其热效率都相同,与可逆循环的种类无关,与采用哪一种工质无关。定理二:在温度同为T1的热源与同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环。由这两条定理知,在两个恒温热源间,卡诺循环比一切不可逆循环的效率都高,但

就是斯特林循环也可以做到可逆循环,因此斯特林循环的热效率可以与卡诺循环一样高。 4、根据卡诺定理与卡诺循环,热源温度越高,循环热效率越大,燃气轮机装置工作为什么要用二次冷却空气与高温燃气混合,使混合气体降低温度,再进入燃气轮机？ 答:这就是因为高温燃气的温度过高,燃气轮机的叶片无法承受这么高的温度,所以为了保护燃气轮机要将燃气降低温度后再引入装置工作。同时加入大量二次空气,大大增加了燃气的流量,这可以增加燃气轮机的做功量。 5、卡诺定理指出热源温度越高循环热效率越高。定压加热理想循环的循环增温比τ高,循环的最高温度就越高,但为什么定压加热理想循环的热效率与循环增温比τ无关而取决于增压比π？ 答:提高循环增温比,可以有效的提高循环的平均吸热温度,但同时也提高了循环的平均放热温度,吸热与放热均为定压过程,这两方面的作用相互抵消,因此热效率与循环增温比无关。但就是提高增压比,p1不变,即平均放热温度不变,p2提高,即循环平均吸热温度提高,因此循环的热效率提高。 6、以活塞式内燃机与定压加热燃气轮机装置为例,总结分析动力循环的一般方法。 答:分析动力循环的一般方法:首先,应用“空气标准假设”把实际问题抽象概括成内可逆理论循环,分析该理论循环,找出影响循环热效率的主要因素以及提高该循环效率的可能措施,以指导实际循环的改善;然

第9章 热学基础习题解答

第9章 热力学基础习题解答 9-1 1mol 单原子分子理想气体，在4 atm 、27℃时体积1V =6L ，终态体积2V =12L 。若过程是：（1）等温；（2）等压；求两种情况下的功、热量及内能的变化。 解：（1）等温过程：0=?E 12/ln 2121V V RT dV V RT pdV A Q V V V V T T νν====?? 17282ln 30031.8=?=（J ） （2）等压过程：36472/)(32/12=-=?=?V V p T iR E ν（J ） 2431)(12=-=V V p A （J ） 6078=+?=A E Q P （J ） 9-2 1mol 单原子分子理想气体从300 K 加热到350 K 。（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；在这两过程中系统各吸收了多少热量？增加了多少内能？气体对外做了多少功？ 解：（1）等体过程：0=V A 3.6232/5031.832/=??=?=?=T iR E Q V ν（J ） （2）等压过程：5.4155031.8)(12=?=?=-=T R V V p A （J ） 10395.4153.623=+=+?=A E Q P （J ） 9-3 将400 J 的热量传给标准状态下的2mol 氢气。（1）若温度不变，氢气的压强、体积各变为多少？（2）若压强不变，氢气的温度、体积各变为多少？（3）若体积不变，氢气的温度、压强各变为多少？哪一过程中它做功最多？为什么？哪一过程中内能增加最多？为什么？

解：（1）8.4410 013.127331.82500 0=???==p RT V ν(L) 等温过程：01/ln V V RT Q T ν= 9.48273 31.82400exp 8.44exp 01=??==RT Q V V ν(L) 916.09.48/8.44/1001===V V p p （atm ）＝9.27×104（Pa ） （2）等压过程：)(02T T C Q P P -=ν 9.2792732 /31.87240002=+??=+=T C Q T P ν（K ） 9.45273/8.449.279/0022=?==T V T V (L) （3）等体过程：)(03T T C Q V V -=ν 6.2822732 /31.85240003=+??=+=T C Q T V ν（K ） 55003310049.1273/10013.16.282/?=??==T p T p （Pa ） 等温过程做功最多，因为热量全部转化为功。等体过程内能增加最多，因为全部热量用于增加内能。 9-4 一系统由如图所示的a 状态沿acb 到达b 状态，有320 J 热量传入系统，而系统对外做功126 J 。（1）若adb 过程系统对外做功42 J ，问有多少热量传入系统？（2）当系统由b 状态沿曲线ba 返回a 状态时外界对系统做功84 J ，问系统是吸热还是放热？热量是多少？ 解： 其中（1）吸热（2）放热。 J) (210126336=-=-=-=?A Q E E E a b J)(25242210)()1(=+=+-=adb a b adb A E E Q J) (29484210)()2(-=--=+-=ba b a ba A E E Q

工程热力学课后作业答案(第十章)第五版

10-1蒸汽朗肯循环的初参数为16.5MPa 、550℃，试计算在不同背压p2=4、6、8、10及12kPa 时的热效率。 解：朗肯循环的热效率 3 121h h h h t --= η h1为主蒸汽参数由初参数16.5MPa 、550℃定 查表得：h1=3433kJ/kg s1=6.461kJ/(kg.K) h2由背压和s1定 查h-s 图得： p2=4、6、8、10、12kPa 时分别为 h2=1946、1989、2020、2045、2066 kJ/kg h3是背压对应的饱和水的焓 查表得。 p2=4、6、8、10、12kPa 时饱和水分别为 h3=121.41、151.5、173.87、191.84、205.29 kJ/kg 故热效率分别为： 44.9％、44％、43.35％、42.8%、42.35％ 10-2某朗肯循环的蒸汽参数为：t1＝500℃、p2＝1kPa ，试计算当p1分别为4、9、14MPa 时；（1）初态焓值及循环加热量；（2）凝结水泵消耗功量及进出口水的温差；（3）汽轮机作功量及循环净功；（4）汽轮机的排汽干度；（5）循环热效率。 解：（1）当t1＝500℃，p1分别为4、9、14MPa 时初焓值分别为： h1=3445、3386、3323 kJ/kg 熵为s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K) p2＝1kPa(s2=s1)对应的排汽焓h2：1986、1865、1790 kJ/kg 3点的温度对应于2点的饱和温度t3=6.98℃、焓为29.33 kJ/kg s3=0.106 kJ/(kg.K) 3`点压力等于p1，s3`=s3， t3`=6.9986、7.047、7.072℃ 则焓h3`分别为：33.33、38.4、43.2 kJ/kg 循环加热量分别为：q1=h1-h3`=3411、3347、3279.8 kJ/kg （2）凝结水泵消耗功量： h3`-h3 进出口水的温差t3`-t3 （3）汽轮机作功量h1-h2 循环净功=0w h1-h2-( h3`-h3) （4）汽轮机的排汽干度 s2=s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K) p2＝1kPa 对应的排汽干度0.79、0.74、0.71 （5）循环热效率1 0q w =η＝

大学物理第九章 热力学基础 试题

第9章 热力学基础 一、选择题 1. 对于准静态过程和可逆过程, 有以下说法．其中正确的是 [ ] (A) 准静态过程一定是可逆过程 (B) 可逆过程一定是准静态过程 (C) 二者都是理想化的过程 (D) 二者实质上是热力学中的同一个概念 2. 对于物体的热力学过程, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 内能的改变只决定于初、末两个状态, 与所经历的过程无关 (B) 摩尔热容量的大小与所经历的过程无关 (C) 在物体内, 若单位体积内所含热量越多, 则其温度越高 (D) 以上说法都不对 3. 有关热量, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 热是一种物质 (B) 热能是物质系统的状态参量 (C) 热量是表征物质系统固有属性的物理量 (D) 热传递是改变物质系统内能的一种形式 4. 关于功的下列各说法中, 错误的是 [ ] (A) 功是能量变化的一种量度 (B) 功是描写系统与外界相互作用的物理量 (C) 气体从一个状态到另一个状态, 经历的过程不同, 则对外作的功也不一样 (D) 系统具有的能量等于系统对外作的功 5. 理想气体状态方程在不同的过程中有不同的微分表达式, 式p V M R T d d =μ 表 示 [ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 绝热过程 6. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式 V p M R T d d = μ 表示 [ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 绝热过程 7. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式0d d =+V p p V 表

第九章热力学定律-(学生版)

第九章热力学定律 一、单选题 1．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是() A．能量耗散说明能量不守恒B．能量耗散不符合热力学第二定律 C．能量耗散过程中能量不守恒 D．能量耗散是从能量转化的角度,反映出自然界中的宏观过程具有方向性 2．下列有关热现象的叙述中正确的是（） A．气体的温度越高，分子热运动就越剧烈，所有分子的速率都增大 B．凡是不违背能量守恒定律的实验构想，都是能够实现的 C．分子力随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大 D．一定质量的理想气体，压强不变，温度升高时，分子间的平均距离一定增大 3．下列说法正确的是( ) A．墒增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减少的方向进行 B．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加 C．一定质量理想气体对外做功，内能一定减少 D．第二类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律 4．下列说法正确的是（） A．机械能全部变成内能是不可能的 B．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律 C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的 5．关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是A．第二类永动机违反能量守恒定律 B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加 C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加 D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点看这两种改变方式是有区别的 6．关于能量，下列叙述中正确的是() A．每个分子的内能等于它的势能和动能的总和 B．自然界中每种物质的运动形式都有其相对应的能 C．能量发生转移或转化时，一定伴有做功的过程 D．物体的内能变化时，它的温度一定发生变化 7．下列四个物理过程，属于通过做功来改变物体内能的是（） A．铁丝在酒精灯火焰上灼烧变热B．灼烧变热的铁丝逐渐冷却到常温 C．陨石落到地球上后又逐渐恢复到本来颜色D．陨石进入大气层后逐渐变成火红球体8．关于温度和内能的理解，下列说法中正确的是（） A．布朗运动是液体分子的无规则运动 B．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能 C．1g100C?水的内能小于1g100C?水蒸气的内能 D．做功和热传递对改变物体内能是等效的，也就是说做功和热传递的实质是相同的 9．关于分子的热运动，下列说法正确的是（） A．扩散现象说明分子间存在斥力B．物体对外做功，其内能一定减少C．温度升高，物体的每一个分子的动能都增大

第九章热力学基础

第九章 热力学基础 一、 选择题. 1．理想气体经历如图所示的a b c 平衡过程，则该 系统对外作功A ，从外界吸收的热量Q 和内能的增量△E 的正负情况如下： (A) △E>0，Q>0，A<0. (B) △E>0, Q>0，A>0． (C) △E>0，Q<0，A<0． (D) △ E<0 ， Q<0 ， A>0． ( ) 2. 一定量的理想气体分别由初态a 经①过程a b 和 由初态a ’经②过程 a ’c b 到达相同的终态b ，如P —T 图所示，则两个过程中气体从外界吸收的热量Q 1，Q 2的关系为： (A) Q 1<0 ，Q 1>Q 2 . (B) Q 1>0 ，Q 1>Q 2 . (C) Q 1<0 ，Q 10 ，Q 1

5．一定量某理想气体所经历的循环过程是：从初态 (V。，T。)开始，先经绝热膨胀使其体积增大1 ，最后经等 倍，再经等容升温回复到初态温度T 温过程使其体积回复为V。，则气体在此循环过 程中 (A) 对外作的净功为正值. (B) 对外作的净功 为负值． (C) 内能增加了. (D) 从外界净吸的热量 为正值． ( ) 6．关于温度的意义，有下列几种说法： （１）气体的温度是分子平均平动动能的量度 （２）气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意 义 （３）温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同 （４）从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度 上述说法中正确的是 ( ) A、（1）、（2）、（4） B、（1）、（2）、（3） C、（2）、（3）、（4） 7．在V p图上有两条曲线abc和adc，由此可以得Array出以下结论： （A）其中一条是绝热线，另一条是等温线； （B）两个过程吸收的热量相同； （C）两个过程中系统对外作的功相等； （D）两个过程中系统的内能变化相同。 （） 8．在功与热的转变过程中，下面的那些叙述是正确 的？ （A）能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸 取热量， 使之完全变为有用功；

第9章_热力学基础

ang第9章热力学基础题目无答案 一、选择题 1. 对于准静态过程和可逆过程, 有以下说法．其中正确的是 [ ] (A) 准静态过程一定是可逆过程 (B) 可逆过程一定是准静态过程 (C) 二者都是理想化的过程 (D) 二者实质上是热力学中的同一个概念 2. 对于物体的热力学过程, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 内能的改变只决定于初、末两个状态, 与所经历的过程无关 (B) 摩尔热容量的大小与所经历的过程无关 (C) 在物体内, 若单位体积内所含热量越多, 则其温度越高 (D) 以上说法都不对 3. 有关热量, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 热是一种物质 (B) 热能是物质系统的状态参量 (C) 热量是表征物质系统固有属性的物理量 (D) 热传递是改变物质系统内能的一种形式 4. 关于功的下列各说法中, 错误的是 [ ] (A) 功是能量变化的一种量度 (B) 功是描写系统与外界相互作用的物理量 (C) 气体从一个状态到另一个状态, 经历的过程不同, 则对外作的功也不一样 (D) 系统具有的能量等于系统对外作的功 5. 理想气体状态方程在不同的过程中有不同的微分表达式, 式p V M R T d d = μ 表示 [ ] (A) 等温过程(B) 等压过程 (C) 等体过程(D) 绝热过程 6. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式 V p M R T d d = μ 表示 [ ] (A) 等温过程(B) 等压过程 (C) 等体过程(D) 绝热过程

7. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式0d d =+V p p V 表示 [ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 绝热过程 8. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 则式 V p p V M R T d d d += μ 表示 [ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 任意过程 9. 热力学第一定律表明: [ ] (A) 系统对外作的功不可能大于系统从外界吸收的热量 (B) 系统内能的增量等于系统从外界吸收的热量 (C) 不可能存在这样的循环过程, 在此过程中, 外界对系统所作的功 不等于系统传给外界的热量 (D) 热机的效率不可能等于1 10. 对于微小变化的过程, 热力学第一定律为d Q = d E +d A ．在以下过程中, 这三者同时为正的过程是 [ ] (A) 等温膨胀 (B) 等容膨胀 (C) 等压膨胀 (D) 绝热膨胀 11. 对理想气体的等压压缩过程，下列表述正确的是 [ ] (A) d A ＞0, d E ＞0, d Q ＞0 (B) d A ＜0, d E ＜0, d Q ＜0 (C) d A ＜0, d E ＞0, d Q ＜0 (D) d A = 0, d E = 0, d Q = 0 12. 功的计算式A p V V = ?d 适用于 [ ] (A) 理想气体 (B) 等压过程 (C) 准静态过程 (D) 任何过程 13. 一定量的理想气体从状态),(V p 出发, 到达另一状态)2 , (V p ． 一次是等温压缩到2V , 外界作功A ；另一次为绝热压缩到2 V , 外界作功W ．比较这两个功值的大小是 [ ] (A) A ＞W (B) A = W (C) A ＜W (D) 条件不够，不能比较

大学物理第九章热力学基础历年考题

第9章热力学基础 一、选择题 1. 对于准静态过程和可逆过程, 有以下说法．其中正确的是 [] (A>准静态过程一定是可逆过程 (B>可逆过程一定是准静态过程 (C>二者都是理想化的过程 (D>二者实质上是热力学中的同一个概念 2. 对于物体的热力学过程, 下列说法中正确的是 [] (A>内能的改变只决定于初、末两个状态, 与所经历的过程无关 (B>摩尔热容量的大小与所经历的过程无关 (C>在物体内, 若单位体积内所含热量越多, 则其温度越高 (D>以上说法都不对 3. 有关热量, 下列说法中正确的是 [](A>热是一种物质 (B>热能是物质系统的状态参量 (C>热量是表征物质系统固有属性的物理量 (D>热传递是改变物质系统内能的一种形式 4. 关于功的下列各说法中, 错误的是 [](A>功是能量变化的一种量度 (B>功是描写系统与外界相互作用的物理量 (C>气体从一个状态到另一个状态, 经历的过程不同, 则对外作的功也不一样 (D>系统具有的能量等于系统对外作的功 5. 理想气体状态方程在不同的过程中有不同的微分表达式, 式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>绝热过程 6. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>绝热过程 7. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>绝热过程 8. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式,

则式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>任意过程 9. 热力学第一定律表明: [](A>系统对外作的功不可能大于系统从外界吸收的热量 (B>系统内能的增量等于系统从外界吸收的热量 (C>不可能存在这样的循环过程, 在此过程中, 外界对系统所作的功 不等于系统传给外界的热量 (D>热机的效率不可能等于1 10. 对于微小变化的过程, 热力学第一定律为d Q= d E d A．在以下过程中, 这三者同时为正的过程是 [](A>等温膨胀(B>等容膨胀 (C>等压膨胀(D>绝热膨胀 11. 对理想气体的等压压缩过程，下列表述正确的是 [](A> d A＞0, d E＞0, d Q＞0 (B> d A＜0, d E＜0, d Q＜0 (C> d A＜0, d E＞0, d Q＜0 (D> d A = 0, d E = 0, d Q = 0 12. 功的计算式适用于 [](A>理想气体(B>等压过程 (C>准静态过程(D>任何过程 13. 一定量的理想气体从状态出发, 到达另一状态．一次是等温压缩到, 外界作功A；另一次为绝热压缩到, 外界作功W．比较这两个功值的大小是 [](A>A＞W(B>A = W(C>A＜W (D>条件不够，不能比较 14. 1mol理想气体从初态(T1、p1、V1 >等温压缩到体积V2, 外界对气体所作的功为 [](A>(B> (C>(D> 15. 如果W表示气体等温压缩至给定体积所作的功, Q表示在此过程中气体吸收的热量, A表示气体绝热膨胀回到它原有体积所作的功, 则整个过程中气体内能的变化为 [](A>W＋Q－A(B>Q－W－A (C>A－W－Q(D>Q＋A－W

大学物理同步训练第09章热力学基础

第九章 热力学基础 一、选择题 1. 如图1所示，一定量的理想气体，由平衡状态A 变到平衡状态B （p A =p B ），则无论经 过的是什么过程，系统必然 （A ）对外做正功 （B ）内能增加 （C ）从外界吸热 （D ）向外界放热 答案：B 分析：功和热量为过程量，其大小、正负与过程有关，故A 、C 、D 选项错误；内能（温度）为状态量，与过程无关。由图可知，B 点内能高于A 点（由内能公式E =ipV 2?可得，式中i 为气体分子自由度，见《气体动理论》选择题1）。 2. 对于室温下的单原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所做的功与从外界吸收的热量之比W Q ?等于 （A ）23? （B ）12? （C ）25? （D ）27? 答案：C 分析：由等压过程公式?Q:?E:?W =(i +2):i:2可得W Q ?=2(3+2)=25??。 3. 压强、体积、温度都相等的常温下的氧气和氦气，分别在等压过程中吸收了相等的热量，它们对外做的功之比为 （A ）1：1 （B ）5：9 （C ）5：7 （D ）9：5 答案：C 分析：（参考选择题2）可得 ?W =2i +2?Q → ?W O 2?W He =2?Q (i O 2+2)?2?Q (i He +2)?=3+25+2=57 关于自由度i 可参考《气体动理论》选择题1。 4. 在下列理想气体过程中，哪些过程可能发生？ （A ）等体积加热时，内能减少，同时压强升高 （B ）等温压缩时，压强升高，同时吸热 （C ）等压压缩时，内能增加，同时吸热 （D ）绝热压缩时，压强升高，同时内能增加 答案：D

分析：热力学第一定律?Q =?E +?W （其中?Q 为系统吸收的热量，?E 为系统内能的增量，?W 为系统对外所做的功）。等体过程，?W =0，吸收热量?Q >0，则?E >0，系统内能增加，故A 错误；等温压缩，?W <0，温度不变即?E =0，故?Q <0，系统放热，故B 错误；等压压缩，?W <0，由等压过程公式（见选择题2）可知?E <0，?Q <0，系统内能减小，且系统放热，故C 错误；绝热压缩时，?Q =0，?W <0，故?E >0，系统内能增加，由绝热过程曲线可知压强升高，故D 正确。 5. 分别在等温、等压、等容情况下，将400 J 的热量传给标准状况下的2 mol 氢气，关于3个过程内能的变化说法正确的是 （A ）等容过程做功最多，等压过程内能增加最多 （B ）等压过程做功最多，等容过程内能增加最多 （C ）等温过程做功最多，等压过程内能增加最多 （D ）等温过程做功最多，等容过程内能增加最多 答案：D 分析：等容过程，系统不对外做功，吸收的热量全部用于提高自己的内能，故内能增加最多；等温过程，系统内能不变，吸收的热量全部用于对外做功，故做功最多；等压过程吸收的热量一部分用于提高自己的内能，一部分用于对外做功。故D 正确。具体计算如下 等容过程：?W =0，?E =?Q =400 J （参考选择题4） 等压过程：?W =2?Q/7=8007? J ，?E =5?Q/7=20007? J （参考选择题2） 等温过程：?E =0，?W =?Q =400 J （参考选择题4） 6. 如图所示，一定量的理想气体经历a →b →c 过程，在此过程中气体从外界吸收热量Q ，系统内能变化?E ，则以下说法正确的是 （A ）系统从外界吸收热量，内能增大 （B ）系统从外界吸收热量，内能减小 （C ）系统向外界释放热量，内能增大 （D ）系统向外界释放热量，内能减小 答案：A 分析：在p ?V 图中，p(V)曲线和V 轴所夹面积为系统对外所作的功，体积增加时为正功，体积减小时为负攻；系统内能为E =ν?iRT 2?=ipV 2?。由图可知，?E >0，内能增加；?W >0（大小为图中阴影部分），由热一律（见选择题4）可得?Q >0，系统吸热。故A 正确。

大学物理第九章热力学基础习题答案精品.doc

习题九 9-1 一系统由图示的状态。经Q&/到达状态。，系统吸收了320J热量，系统对外作功126J。 ⑴若。沥过程系统对外作功42J,问有多少热量传入系统？（2）当系统由b沿曲线ba返回状态。，外界对系统作功84 J,试问系统是吸热还是放热？热量是多少? 懈］由热力学第一定律Q = \E + A p 得星=。-4 在a

第9章热力学(习题、答案)

大学物理Ⅱ习题集 第9 章热力学基础 一. 基本要求 1. 理解平衡态、准静态过程的概念。 2. 掌握内能、功和热量的概念。 3. 掌握热力学第一定律，能熟练地分析、计算理想气体在各等值过程中及绝热过程中的功、热量和内能的改变量。 4. 掌握循环及卡诺循环的概念，能熟练地计算循环及卡诺循环的效率。 5. 了解可逆过程与不可逆过程的概念。 6. 解热力学第二定律的两种表述，了解两种表述的等价性。 7. 理解熵的概念，了解热力学第二定律的统计意义及无序性。 二. 内容提要 1. 内能功热量 内能从热力学观点来看，内能是系统的态函数，它由系统的态参量单值决定。对于理想气体，其内能 E 仅为温度T 的函数，即 E M M i C T V M mol M 2 mol RT 当温度变化ΔT 时，内能的变化 E M M i C T V M M mol 2 mol R T 功热学中的功与力学中的功在概念上没有差别，但热学中的作功过程必有系统边界的移动。在热学中，功是过程量，在过程初、末状态相同的情况下，过程不同，系统 作的功 A 也不相同。 系统膨胀作功的一般算式为 A V 2 V 1 pdV 在p—V 图上，系统对外作的功与过程曲线下方的面积等值。 热量热量是系统在热传递过程中传递能量的量度。热量也是过程量，其大小不仅与过程、的初、末状态有关，而且也与系统所经历的过程有关。 2. 热力学第一定律系统从外界吸收的热量，一部分用于增加内能，一部分用于对外作功，即 Q E A

热力学第一定律的微分式为 1

大学物理Ⅱ习题集 dQ dE pdV 8.热力学第一定律的应用——几种过程的A、Q、ΔE的计算公式 （1）等体过程体积不变的过程，其特征是体积V =常量；其过程方程为 1 pT 常量 在等体过程中，系统不对外作功，即 A 0。等体过程中系统吸收的热量与系统内 V 能的增量相等，即 M M i Q E C T V 2 V M M mol mol R T (2) 等压过程压强不变的过程，其特点是压强p =常量；过程方程为 1 VT 常量 在等压过程中，系统对外做的功 M V 2 A P d ( ) R(T T ) p V p V V V 1 2 1 2 1 M mol M 系统吸收的热量( 2 T ) Q C T P P 1 M mol 式中C C R P 为等压摩尔热容。 V （3）等温过程温度不变的过程，其特点是温度T=常量；其过程方程为 pV=常量 在等温过程中，系统内能无变化，即 M V 2 Q A pdV RTl T T V M 1 mol n V 2 V 1

09 清华大学 工程热力学 第九章

第九章 9-2 某锅炉烟气的容积成份为：213%CO γ=，26%H O γ=，20.55%SO γ=， 2 73.45%N γ=，2 7%O γ=，试求各组元气体的质量成分和各组元气体的分压力。 烟气的总压力为0.75×105Pa 。 9-3 烟气的摩尔成分为：20.15CO x =，20.70N x =，20.12H O x =，20.03O x =，空气的摩尔成分为：20.79N x =，20.21O x =。以50kg 烟气与75kg 空气混合，混合后气体压力为 3.0×105Pa ，求混合后气体的(1)摩尔成分；(2)质量成分；(3)平均摩尔质量和折合气体常数；(4)各组元气体的分压力。 9-4 有三股压力相等的气流在定压下绝热混合。第一股是氧，2300O t =℃， 2115/O m kg h = ；第二股是一氧化碳，200CO t =℃，200/CO m kg h = ；第三股是空 气，400a t =℃，混合后气流温度为275℃。试求每小时的混合熵产(用定比热容计算，且把空气视作单一成分的气体处理，即不考虑空气中的氧与第一股氧气之间产生混合熵产的情况)。 9-5 容积为V 的刚性容器内，盛有压力为p ，温度为T 的二元理想混合气体，其容积成分为1γ和2γ。若放出x kg 混合气体，并加入y kg 第二种组元气体后，混合气体在维持原来的压力p 和温度T 下容积成分从原来的1γ变成'1γ，2γ变成 '2γ。设两种组元气体是已知的，试确定x 和y 的表达式。 9-6 设刚性容器中原有压力为p 1，温度为T 1的m 1kg 第一种理想气体，当第二种理想气体充入后使混合气体的温度仍维持不变，但压力升高到p ，试确定第二种气体的充入量。 9-8 湿空气的温度为30℃，压力为0.9807×105Pa ，相对湿度为70%，试求：

第9章 热力学 习题解答

习题9 9-1. 质量为0.02kg 的氦气(视为理想气体)，温度由o 17C 升为o 27C ，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。 求：上述各个过程中，气体内能的改变、吸收的热量和气体对外界所做的功。 解：摩尔数mol 0.02 50.004 M M ν= ==，温度增量271710K T ?=-= (1)因为体积不变，所以：0=A 33 58.3110623J 22 Q E R T ?ν?===???=； (2) 等压过程： J 4171031.85=??=?=?=T R V p A ν； J 6231031.852 3 23=???=?=?T R E ν J 1004.14176234?=+=+?=A E Q ； (3)绝热过程，0=Q ，J 6232 3 =?=?T R E ν，J 623-=?-=E A 。 { 9-2. 一定量的单原子分子的理想气体装在封闭的气缸里，此气缸有可活动的活塞(活塞与气缸壁之间无摩擦且无漏气)。已知气体的初压强11atm p =，体积11L V =，现将气体在等压下加热直到体积为原来的两倍，然后在等容下加热，到压强为原来的2倍，最后作绝热膨胀，直到温度下降到初温为止。 试求：(1)在p V -图上将整个过程表示出来；(2)在整个过程中气体内能的改变；(3)在整个过程中气体所吸收的热量；(4)在整个过程中气体所做的功。 解：(1) 据题意： 533111.0110Pa,110m ;p V -=?=? 5332211.0110Pa,2210m ;p V V -=?==? 533313222 1.0110Pa,210m ;p p V V -==??==? 14T T =。 整个过程如图。 (2)因为初态与末态温度相同，所以整个过程中气体内能的改变：0=?E ； (3)等压过程吸热，等容过程吸热： 53212112155 ()()() 2.5 1.011010252J 22 p p Q C T T R T T p V V νν-=-=-=-=???= ' 213232233()()()22V V Q C T T R T T p p V νν=-=-=-533 1.0110210303J 2 -=????= 整个过程吸热：252303555J p V Q Q Q =+=+= (4) 因为0=?E ，A E Q +?= ；所以555J A Q == . p 121p 3 p

热力学复习知识点汇总

概 念 部 分 汇 总 复 习 第一章 热力学的基本规律 1、热力学与统计物理学所研究的对象：由大量微观粒子组成的宏观物质系统 其中所要研究的系统可分为三类 孤立系：与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统； 闭系：与外界有能量交换但没有物质交换的系统； 开系：与外界既有能量交换又有物质交换的系统。 2、热力学系统平衡状态的四种参量：几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量。 3、一个物理性质均匀的热力学系统称为一个相；根据相的数量，可以分为单相系和复相系。 4、热平衡定律(热力学第零定律）：如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，它们彼此也处在热平衡. 5、符合玻意耳定律、阿氏定律和理想气体温标的气体称为理想气体。 6、范德瓦尔斯方程是考虑了气体分子之间的相互作用力（排斥力和吸引力）,对理想气体状态方程作了修正之后的实际气体的物态方程。 7、准静态过程：过程由无限靠近的平衡态组成，过程进行的每一步，系统都处于平衡态。 8、准静态过程外界对气体所作的功：，外界对气体所作的功是个过程量。 9、绝热过程：系统状态的变化完全是机械作用或电磁作用的结果而没有受到其他影响。绝热过程中内能U 是一个态函数： A B U U W -= 10、热力学第一定律（即能量守恒定律）表述：任何形式的能量，既不能消灭也不能创造，只能从一种形 式转换成另一种形式，在转换过程中能量的总量保持恒定；热力学表达式：Q W U U A B +=-；微分 形式：W Q U d d d += 11、态函数焓H ：pV U H +=，等压过程：V p U H ?+?=?，与热力学第一定律的公式一比较 即得：等压过程系统从外界吸收的热量等于态函数焓的增加量。 12、焦耳定律：气体的内能只是温度的函数，与体积无关，即)(T U U =。 13．定压热容比：p p T H C ??? ????=；定容热容比：V V T U C ??? ????= 公式：nR C C V p =- 14、绝热过程的状态方程： const =γ pV ；const =γ TV ； const 1 =-γγT p 。 15、卡诺循环过程由两个等温过程和两个绝热过程组成。正循环为卡诺热机，效率2 11T T - =η，逆循环 为卡诺制冷机，效率为2 11T T T -= η （只能用于卡诺热机）。 16、热力学第二定律：克劳修斯表述：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（表明热传导过程是不可逆的）； 开尔文（汤姆孙）表述：不可能从单一热源吸收热量使之完全变成有用的功而不引起其他变化（表明功变热的过程是不可逆的）； 另一种开氏表述：第二类永动机不可能造成的。 17、无摩擦的准静态过程是可逆过程。 18、卡诺定理：所有工作于两个一定温度T 1与T 2之间的热机，以可逆机的效率为最高。并且所有的可逆机 的效率η都相等21 1T T - =η ，与工作物质无关，只与热源温度有关。 19、热机的效率：1 2 1Q Q -=η，Q 1为热机从高温热源吸收的热量，Q 2 为热机在低温热源放出的热量。 20、克劳修斯等式与不等式： 02 2 11≤+T Q T Q 。 21、可逆热力学过程0=?T dQ ，不可逆热力学过程0

第9章-热力学--------(习题、答案)

第9章-热力学--------(习题、答案)

第9章热力学基础 一. 基本要求 1. 理解平衡态、准静态过程的概念。 2. 掌握内能、功和热量的概念。 3. 掌握热力学第一定律，能熟练地分析、计算理想气体在各等值过程中及绝热过程中的功、热量和内能的改变量。 4. 掌握循环及卡诺循环的概念，能熟练地计算循环及卡诺循环的效率。 5. 了解可逆过程与不可逆过程的概念。 6. 解热力学第二定律的两种表述，了解两种表述的等价性。 7. 理解熵的概念，了解热力学第二定律的统计意义及无序性。 二. 内容提要 1. 内能功热量 内能从热力学观点来看，内能是系统的态函数，它由系统的态参量单值决定。对于理想气体，其内能E仅为温度T的函数，即 1

2 RT i M M T C M M E mol V mol 2 == 当温度变化ΔT 时，内能的变化 T R i M M T C M M E mol V mol ?=?=?2 功 热学中的功与力学中的功在概念上没有差别，但热学中的作功过程必有系统边界的移动。在热学中，功是过程量，在过程初、末状态相同的情况下，过程不同，系统作的功A 也不相同。 系统膨胀作功的一般算式为 ? = 2 1 V V pdV A 在p —V 图上，系统对外作的功与过程曲线下方的面积等值。 热量 热量是系统在热传递过程中传递能量的量度。热量也是过程量，其大小不仅与过程、的初、末状态有关，而且也与系统所经历的过程有关。 2. 热力学第一定律 系统从外界吸收的热量，一部分用于增加内能，一部分用于对外作

3 功，即 A E Q +?= 热力学第一定律的微分式为 V p E Q d d d += 3. 热力学第一定律的应用——几种过程的A 、Q 、ΔE 的计算公式 （1）等体过程 体积不变的过程，其特征是体积V =常量；其过程方程为 常量=-1 pT 在等体过程中，系统不对外作功，即0 =V A 。 等体过程中系统吸收的热量与系统内 能的增量相等，即 T R i M M T C M M E Q mol V mol V ?=?=?=2 (2) 等压过程 压强不变的过程，其特点是压强p =常量；过程方程为 常量=-1VT 在等压过程中，系统对外做的功 ?-= -==2 11212V V mol P T T R M M V V p V p A )()(d 系 统吸收的 热 量