第8章 热力学基础习题解答.doc

第8章 热力学基础 8.1基本要求  1.理解准静态过程、功、热量的概念，并掌握功的计算方法。 2.掌握热力学第一定律及其在理想气体各等值过程中的应用。 3.掌握理想气体定体和定压摩尔热容及比热容比的概念及计算方法。 4.理解绝热过程，能熟练地分析、计算理想气体在此过程的功、热量和内能的增量。 5.理解循环过程的基本特征，理解热机循环和致冷循环的物理意义，理解热机效率的计算方法。掌握卡诺循环及其特点，能熟练地分析、计算卡诺循环的效率。 6.理解热力学第二定律的两种表述及其等效性，了解可逆过程、不可逆过程及卡诺定理。 7.理解热力学第二定律的本质，了解熵的概念和熵增加原理。 8.2基本概念 1 准静态过程 系统经历的每一个中间状态都无限地接近平衡态的状态变化过程。 2 功 热力学系统与外界交换能量的一种方式，准静态过程中系统对外界做的功为 3 热量 传热过程中传递的能量，热力学系统与外界交换能量的另一种方式。 4 摩尔热容 当一个系统温度升高（或降低）dT时，吸收（或放出）的热量如果为dQ，则系统的热容定义为： 5 定体摩尔热容 若1mol的理想气体在等体过程中温度改变时所传递的热量为，则定体摩尔热容为：，等体过程中内能的增量可表示为： 6 定压摩尔热容 若的理想气体在等压过程中温度改变时传递的热量为，则气体的定压摩尔热容为：，与定体摩尔热容的关系为，等压过程所吸收的热量可表示为： 7 比热容比 定压摩尔热容与定体摩尔热容的比值，用表示 8 循环过程 系统经过一系列的状态变化过程以后又回到原来状态的过程，循环过程的重要特征是内能的增量 9 正循环及热机的效率 过程进行的方向在图上按顺时针方向进行的循环过程叫正循环，工质作正循环的热机效率为： 10 逆循环及致冷机的效率 过程进行的方向在图上按逆时针方向进行的循环过程叫逆循环，工质作逆循环的致冷机效率为： 11 可逆和不可逆过程 系统逆过程能重复正过程的每一状态且不引起外界任何变化的状态变化过程称为可逆过程，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，可逆过程是从实际过程中抽象出来的一种理想过程。 8.3基本规律 1 热力学第一定律 系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分使系统对外界做功。其表达式为： 2 理想气体的各等值过程 （1）等体过程 过程方程 常量 内能增量 ， 对外做功 ， 吸收热量 ， 能量转化特点：系统吸收的热量全部用来增加系统的内能。 （2）等压过程 过程方程 常量 内能增量 ， 对外做功 ， 吸收热量 ， 能量转化特点：系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能，另一部分用来对外界做功。 （3）等温过程 过程方程 常量 内能增量 ， 对外做功 ， 吸收热量 ，或 能量转化特点：系统吸收的热量全部用来对外做功。 3 理想气体的绝热过程 系统在状态变化时始终不与外界交换热量的过程 吸收热量 ， 内能增量 ， 对外做功 ，或 过程方程 常量，常量，常量 能量转化特点：系统对外做功以减少系统自身的内能来实现。 4 卡诺循环 工质只与两个温度为和的恒温热源交换能量的卡诺热机进行的循环过程，卡诺循环的效率为： 5 热力学第二定律 （1）开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热量来作功而不放出热量给其它物体，或者说不使外界发生任何变化。 （2）克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体自动向高温物体传递而不引起外界的变化。 6 卡诺定理 （1）在相同的高温热源和低温热源之间工作的任意工质的可逆机，它们的效率都相等； （2）工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于工作在同样两热源之间的可逆机的效率。 7 玻尔兹曼熵公式 熵描述的是系统无序性的大小，若用W表示系统任一宏观状态所对应的微观态数即该宏观状态的热力学概率，则系统的熵，式中k是玻耳兹曼常量。 8 熵增加原理 孤立系统中所进行的一切实际过程总是沿着熵增大的方向进行，其数学表达式为： 8.4学习指导 1重点解析 热力学第一定律是自然界普遍规律，处于支配地位。对任何热力学系统和任何热力学过程均是适用的。因此，无论是准静态过程还是非静态过程，热力学第一定律都是适用的。 热力学第一定律是本章的重点内容，应用这一定律往往要结合内能、功、热量的计算，必须熟练掌握和应用。在计算内能、功和热量时要注意：理想气体的内能是温度的单值函数，是状态量，与过程无关，而功和热量是过程量，在两个确定的初、末状态之间经历不同的过程，功和热量一般是不一样的，但内能的变化是相同的。做功和热传递是系统与外界交换能量的两种不同方式，它们都是系统能量变化的量度，都能使系统的内能发生变化。从这个意义上说，做功和传递热量是等效的，但