工程热力学思考题及答案
第一章 基本概念
1. 闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？
答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2. 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？
答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
3. 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？
答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是它们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4. 假如容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式p = pb +p e (p >p b)，p v=p b?p (p b 答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5. 温度计测温的基本原理是什么？ 答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。 6. 经验温标的缺点是什么？为什么？ 答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7. 促使系统状态变化的原因是什么？ 答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化。 8. (1)将容器分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体（系统）是否做功？(2)设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块，问气体（系统）是否做功？(3)上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p ? v图上表示？ 答：（1）第一种情况不作功；（2）第二种情况作功；（3）第一种情况为不可 逆过程不可以在p-v 图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v 图上表示出来。 9. 经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？ 答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。 10. 系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？若上述正向及逆向循环环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？ 答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。 11. 工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？ 答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。 第二章 热力学第一定律 1. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入B 中，分析A、B 两部分压力相同时A、B 两部分气体的热力学能如何变化？ 答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q??u?w其中q?0,w?0所以容器中空气的热力学能不变。若有一小孔，以B为热力系进行分析 ????c2c2f2f1????Q?dEcv?h2??gz2?m2?h1??gz1??m1??Wi????22???? 只有流体的流入没有流出， ?Q?0,?Wi?0，忽略动能、势能 dECV?h1?m1dU?h1?m1?U?h1m1 B部分气体的热力学能增量为?U，A部分气体的热力学能减少量为?U 2. 热力学第一定律能量方程式是否可以写成下列两种形式： q2?q1??u2?u1???w2?w1?、 q = Δu + pv的形式，为什么？ 答: 热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于q??u?pv只有在特殊情况下，功w可以写成pv。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有w=pv这样一个必需条件。对于公式q2?q1??u2?u1???w2?w1?，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。 3. 热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式： q = Δu + w 2分别讨论上述两式的适用范围. 答：q??u?w 适用于任何过程，任何工质 12q??u??pdVq??u??pdV1 可逆过程，任何工质 4. 为什么流动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？ 答：流动功是由流进（出）系统的工质传递而由工质后面的物质系统作出的。对于闭口系统，不存在工质的流进（出）所以不存在这样进行传递的功。 5. 稳定流动能量方程式是否可应用于活塞式压气机这种机械的稳定工况运行的能量分析？为什么？ 答：可以。稳定流动能量方程式可应用于任何稳定流动过程，对于连续工作的周期性动作的能量转换装置，只要在平均单位时间所作的轴功、吸热量以及工质的平均流量为常量，虽然它内部工质的状态及流动情况是变化的，但这种周期性的变化规律不随时间而变，所以仍然可以利用稳定流动能量方程式分析其能量转换关系。 第三章 热力学第二定律 1． 热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全 部变为机械能。”这种说法有什么不妥当? 答：不能这样表述。表述不正确，对于可逆的定温过程，所吸收的热量可以全部转化为机械能，但是自身状态发生了变化。所以这种表述不正确。 2． 自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？ 答：不正确。自发过程是不可逆过程是正确的。非自发过程却不一定为可逆过程。 3． 请给“不可逆过程”一个恰当的定义。热力过程中有哪几种不可逆因素？ 答：一切非准静态过程都是不可逆过程。不可逆因素有：摩擦、不等温传热和不等压做功。 4． 试证明热力学第二定律各种说法的等效性：若克劳修斯说法不成立，则开尔 文说也不成立。 答：热力学第二定律的两种说法反映的是同一客观规律——自然过程的方向性???是一致的，只要一种表述可能，则另一种也可能。 假设热量Q2能够从温度T2的低温热源自动传给温度为T1的高温热源。现有一循环热机在两热源间工作，并且它放给低温热源的热量恰好等于Q2。整个系统在完成一个循环时，所产生的唯一效果是热机从单一热源（T1）取得热量Q1-Q2，并全部转变为对外输出的功W。低温热源的自动传热Q2给高温热源，又从热机处接受Q2，故并未受任何影响。这就成了第二类永动机。?违反了克劳修斯说法，?必须违反了开尔文说法。反之，承认了开尔文说法，克劳修斯说法也就必然成立。 5． （1）循环净功Wnet 愈大则循环效率愈高；（×） （2）不可逆循环的热效 率一定小于可逆循环的热效率；（ ×） （3）可逆循环的热效率都相等； （× ） ?t?6． 循环热效率公式 场合？ q1?q2q1?t? T1?T2T1是否完全相同？各适用于哪些 ?t?答：这两个公式不相同。用于任何工质，卡诺循环 q1?q2q1?t?适用于任何工质，任何循环。 T1?T2T1适 7． 与大气温度相同的压缩空气可以膨胀做功，此事实是否违反了热力学第二定 律？ 答：不违反热力学第二定律，对于理想气体的定温过程，从单一热源吸热并膨胀做功，工质的状态发生了变化，所以不违反热力学第二定律。 8． 下列说法是否正确：（1）熵增大的过程必定为吸热过程 （×）；（2）熵 减小的过程必为放热过程 （×）；（3）定熵过程必为逆绝热过程 （×）。 9． 下列说法是否有错误： （1） 熵增大的过程必为不可逆过程（×） （2） 使系统熵增大的过程必为不可逆过程（×） （3） 熵产sg > 0 的过程必为不可逆过程（√） （4） 不可逆过程的熵变Δs无法计算（×） （5） 如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆， 则 ?S不可逆??S可逆， Sf,不可逆?Sf,可逆， Sg,不可逆?Sg,可逆是否正确？