第十三章-热力学基础习题要点.ppt

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1、第十三章第十三章 热力学基础热力学基础1第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版1 13-1 如图所示，如图所示，bca为理想气体绝热过程，为理想气体绝热过程，b1a和和b2a是任意过程，则上述两过程中气体作功与吸收热量的情是任意过程，则上述两过程中气体作功与吸收热量的情况是况是()。答案（答案（B）（A）b1a过程放热，作负功；过程放热，作负功；b2a过程放热，作负功；过程放热，作负功；（B）b1a过程吸热，作负功；过程吸热，作负功；b2a过程放热，作负功；过程放热，作负功；（C）b1a过程吸热，作正功；过程吸热，作正功；b2a过程吸热，作负功；过程吸热，作负功；（D）

2、b1a过程放热，作正功；过程放热，作正功；b2a过程吸热，作正功；过程吸热，作正功；第十三章第十三章 热力学基础热力学基础2第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版2bca过程为绝热过程系统与外界无热量交换，过程为绝热过程系统与外界无热量交换，气体体积减小，气体被压缩系统对外作负功：气体体积减小，气体被压缩系统对外作负功：气体内能增大，温度上升。气体内能增大，温度上升。曲线下的面积等于外界对气体所作的功：曲线下的面积等于外界对气体所作的功：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础3第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版3（1）b1a过程气体被压缩，气

3、体对外作负功。但面过程气体被压缩，气体对外作负功。但面积积 ，得：，得：而：而：由热力学第一定律：由热力学第一定律：表明表明b1a过程气体从外界吸热。过程气体从外界吸热。第十三章第十三章 热力学基础热力学基础4第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版4（2）b2a过程气体被压缩，气体对外作负功。但面过程气体被压缩，气体对外作负功。但面积积 ，得：，得：而：而：由热力学第一定律：由热力学第一定律：表明表明b2a过程气体向外界放热。过程气体向外界放热。答案（答案（B）第十三章第十三章 热力学基础热力学基础5第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版513-

4、2 如图所示，一定量的理想气体，由平衡态如图所示，一定量的理想气体，由平衡态A变到平变到平衡态衡态B，且它们的压强相等，即，且它们的压强相等，即 ，则在状态，则在状态A和状态和状态B之间，气体无论经过的是什么过程，气体之间，气体无论经过的是什么过程，气体必然（必然（）。）。(A)对外作正功；对外作正功；(B)内能增加；内能增加；(C)从外界吸热；从外界吸热；(D)向外界放热。向外界放热。答案（答案（B）第十三章第十三章 热力学基础热力学基础6第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版613-3 两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个盛氦两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个

5、盛氦气（均视为刚性分子理想气体）。开始时它们的压气（均视为刚性分子理想气体）。开始时它们的压强和温度都相同，现将强和温度都相同，现将3J热量传递给氦气，使之升热量传递给氦气，使之升高一定的温度。若使氢气也升高同样的温度，则应高一定的温度。若使氢气也升高同样的温度，则应向氢气传递热量为（向氢气传递热量为（）。）。(A)6J；(B)3J；(C)5J；(D)10J。所以：氦气和氢气压强、体积、温度相同时，两种气体的摩尔所以：氦气和氢气压强、体积、温度相同时，两种气体的摩尔数相同。数相同。氦气为单原子分子气体，内能为：氦气为单原子分子气体，内能为：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础7第第十三十三章

6、章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版7氢气为双原子分子气体，内能为：氢气为双原子分子气体，内能为：升高一定温度时，氦气的内能的变化为：升高一定温度时，氦气的内能的变化为：升高一定温度时，氢气的内能的变化为：升高一定温度时，氢气的内能的变化为：所以升高相同温度时，氢气内能的变化与氦气内能变化关系为：所以升高相同温度时，氢气内能的变化与氦气内能变化关系为：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础8第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版8当给氦气传递当给氦气传递3J的热量使温度增加，若氢气升高相同的温度，的热量使温度增加，若氢气升高相同的温度，氢气内能增加的要更多，

7、吸收的热量也更多，所以应向氢气传氢气内能增加的要更多，吸收的热量也更多，所以应向氢气传递递5J的热量。的热量。答案（答案（B）容器体积不变，过程为等体过程，气体对外作功为零，则容器体积不变，过程为等体过程，气体对外作功为零，则:气体吸收的热量全部转化为内能的增加，所以：气体吸收的热量全部转化为内能的增加，所以：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础9第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版9答案（答案（D）13-4有人想象了如图所示的四个理想气体的循环过有人想象了如图所示的四个理想气体的循环过程，则在理论上可以实现的为（程，则在理论上可以实现的为（）。）。第十三章第十三章

8、 热力学基础热力学基础10第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版10（A）图情况：循环过程，内能不变，）图情况：循环过程，内能不变，则则气体从外界吸收的净热量等于气体对外气体从外界吸收的净热量等于气体对外所作的净功。所作的净功。ab过程，绝热过程：过程，绝热过程：由图可知气体对外作正功，即：由图可知气体对外作正功，即：bc过程，等体过程，气体对外作功为零：过程，等体过程，气体对外作功为零：bc过程气体等体降压，内能下降：过程气体等体降压，内能下降：bc过程气体等体降压时，气体放热。过程气体等体降压时，气体放热。第十三章第十三章 热力学基础热力学基础11第第十三十三章章

9、热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版11ca过程，等温过程，气体内能不变，则：过程，等温过程，气体内能不变，则：ca过程中，气体被压缩，气体对外作负功：过程中，气体被压缩，气体对外作负功：所以，所以，ca过程中，气体放热。过程中，气体放热。整个整个abca的循环过程中，气体传递的总热量：的循环过程中，气体传递的总热量：而由图可知，整个循环过程中，气体对外作的净功（曲线所围而由图可知，整个循环过程中，气体对外作的净功（曲线所围的面积）大于零。的面积）大于零。即整个循环过程，系统对外界作正功，同时系统又向外界放即整个循环过程，系统对外界作正功，同时系统又向外界放出热量，而系统本身的内能不变

10、，这显然与热力学第一定律出热量，而系统本身的内能不变，这显然与热力学第一定律是矛盾的。所以图是矛盾的。所以图(A)所示的循环是不可能实现的。所示的循环是不可能实现的。第十三章第十三章 热力学基础热力学基础12第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版12（B）图情况：两条绝热线和一条等温线）图情况：两条绝热线和一条等温线组成一个正循环，但是，这个循环只是从组成一个正循环，但是，这个循环只是从单一热源吸收热量，并且对外作正功，而单一热源吸收热量，并且对外作正功，而不对外界产生任何影响，这违反了热力学不对外界产生任何影响，这违反了热力学第二定律，也就是说，任意的第二定律，也就是

11、说，任意的两条绝热线两条绝热线是不可能相交的是不可能相交的，所以图，所以图(B)所示的循环是所示的循环是不可能实现的。不可能实现的。（C）图情况：两条绝热线和一条等体线）图情况：两条绝热线和一条等体线组成一个正循环，但是，这个循环只是从组成一个正循环，但是，这个循环只是从单一热源吸收热量，并且对外作正功，而单一热源吸收热量，并且对外作正功，而不对外界产生任何影响，这违反了热力学不对外界产生任何影响，这违反了热力学第二定律，也就是说，任意的第二定律，也就是说，任意的两条绝热线两条绝热线是不可能相交的是不可能相交的，所以图，所以图(C)所示的循环是所示的循环是不可能实现的。不可能实现的。第十三章第

12、十三章 热力学基础热力学基础13第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版13（D）图情况：循环过程，内能不变，则）图情况：循环过程，内能不变，则气体从外界吸收的净热量等于气体对外所作气体从外界吸收的净热量等于气体对外所作的净功。的净功。ab过程，等压过程，气体从外界吸收热量，一部分用于对外过程，等压过程，气体从外界吸收热量，一部分用于对外作正功，另一部分用于增加气体的内能：作正功，另一部分用于增加气体的内能：bc过程，绝热过程：过程，绝热过程：由图可知气体对外作正功，即：由图可知气体对外作正功，即：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础14第第十三十三章章 热力学基础热力

13、学基础物理学物理学第五版第五版14ca过程，等温过程，气体内能不变，则：过程，等温过程，气体内能不变，则：由图可知，由图可知，ca过程中，气体被压缩，气体对外过程中，气体被压缩，气体对外作负功：作负功：所以，所以，ca过程中，气体放热。过程中，气体放热。即整个循环过程，系统对外界作正功，同时系统从外界吸收即整个循环过程，系统对外界作正功，同时系统从外界吸收热量，又向外界放出热量，而系统本身的内能不变，这显然热量，又向外界放出热量，而系统本身的内能不变，这显然与热力学第一定律是相符的。所以图与热力学第一定律是相符的。所以图(D)所示的循环是可以实所示的循环是可以实现的。现的。第十三章第十三章 热

14、力学基础热力学基础15第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版1513-5 一台工作于温度分别为一台工作于温度分别为 和和 的高温热的高温热源与低温热源之间的卡诺热机，每经历一个循环源与低温热源之间的卡诺热机，每经历一个循环吸热吸热2000J，则对外作功（，则对外作功（）。）。(A)2000J；(B)1000J；(C)4000J；(D)500J.答案（答案（B）第十三章第十三章 热力学基础热力学基础16第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版1613-6 根据热力学第二定律（根据热力学第二定律（）。）。(A)自然界中的一切自发过程都是不可逆的；自然界

15、中的一切自发过程都是不可逆的；(B)不可逆过程是不能向相反方向进行的过程；不可逆过程是不能向相反方向进行的过程；(C)热量可以从高温物体传到低温物体，但不能从低热量可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体；温物体传到高温物体；(D)任何过程总是沿着熵增加的方向进行任何过程总是沿着熵增加的方向进行.答案（答案（A）第十三章第十三章 热力学基础热力学基础17第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版1713-8 如图所示，一定量的空气，开始在状态如图所示，一定量的空气，开始在状态A，其压，其压强为强为 ，体积为，体积为 ，沿直线，沿直线AB变化变化到状态到状态B

16、后，压强变为后，压强变为 ，体积变为，体积变为 ，求此过程中气体所做的功。，求此过程中气体所做的功。解：解：气体对外所做的功等于气体对外所做的功等于过程曲线下的面积：过程曲线下的面积：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础18第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版18 13-9 气缸内贮有气缸内贮有2.0mol的空气，温度为的空气，温度为 ，若，若维持压强不变，而使空气的体积膨胀到原体积的维持压强不变，而使空气的体积膨胀到原体积的3倍，倍，求空气膨胀时所做的功。求空气膨胀时所做的功。解：解：等压过程中气体对外所做的功为：等压过程中气体对外所做的功为：第十三章第十三章 热

17、力学基础热力学基础19第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版1913-10 一定量的空气，吸收了一定量的空气，吸收了 的热量，并的热量，并保持在保持在 下膨胀，体积从下膨胀，体积从 增加到增加到 ，问空气对外作了多少功？它的内能改变了多少？，问空气对外作了多少功？它的内能改变了多少？解：解：等压过程中气体对外所做的功为：等压过程中气体对外所做的功为：由热力学第一定律可得气体内能改变为：由热力学第一定律可得气体内能改变为：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础20第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版2013-11 0.1kg的水蒸气自的水蒸气自

18、加热升温到加热升温到 ，问，问（1）在等体过程中，（）在等体过程中，（2）在等压过程中，各吸收了）在等压过程中，各吸收了多少热量？根据实验测定，已知水蒸气的摩尔定压热多少热量？根据实验测定，已知水蒸气的摩尔定压热容容 ，摩尔定体热容，摩尔定体热容 。解：解：（1）等体过程中气体吸收的热量为：）等体过程中气体吸收的热量为：查表的水蒸气的摩尔质量为：查表的水蒸气的摩尔质量为：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础21第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版21（2）等压过程中气体吸收的热量为：）等压过程中气体吸收的热量为：查表得水蒸气的摩尔质量为：查表得水蒸气的摩尔质量为：第

19、十三章第十三章 热力学基础热力学基础22第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版2213-12 如图所示，在绝热壁的气缸内盛有如图所示，在绝热壁的气缸内盛有1mol的氮气，的氮气，活塞外为大气压强，氮气的压强为活塞外为大气压强，氮气的压强为，活塞面积为，活塞面积为 。从气缸底部加热，使活塞缓慢。从气缸底部加热，使活塞缓慢上升了上升了0.5m。问（。问（1）气体经历了什么过程？（）气体经历了什么过程？（2）气）气缸中的气体吸收了多少热量？（根据实验测定，已知缸中的气体吸收了多少热量？（根据实验测定，已知氮气的摩尔定压热容氮气的摩尔定压热容 ，摩尔，摩尔定体热容定体热容 ）第

20、十三章第十三章 热力学基础热力学基础23第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版23解：解：（2）等压过程中气体吸收的热量为：）等压过程中气体吸收的热量为：（1）由开始时氮气压强为）由开始时氮气压强为 可知，活塞外大气的压可知，活塞外大气的压强也是强也是 ，之后，气体保持压强不变，所以气体经，之后，气体保持压强不变，所以气体经历的是等压膨胀过程。历的是等压膨胀过程。第十三章第十三章 热力学基础热力学基础24第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版24第十三章第十三章 热力学基础热力学基础25第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五

21、版2513-13 一压强为一压强为 ，体积为，体积为 的氧的氧气自气自 加热到加热到 ，问，问：（：（1）当压强不变时，需）当压强不变时，需要多少热量？当体积不变时，需要多少热量？要多少热量？当体积不变时，需要多少热量？（2）在等压和等体过程中各作了多少功？在等压和等体过程中各作了多少功？解：解：（1）氧气可视为刚性双原子分子，得：）氧气可视为刚性双原子分子，得：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础26第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版26第十三章第十三章 热力学基础热力学基础27第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版27（2）等压过程中气

22、体对外所做的功：）等压过程中气体对外所做的功：等体过程中气体对外所做的功等于零。等体过程中气体对外所做的功等于零。第十三章第十三章 热力学基础热力学基础28第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版2813-15 如图所示，一定量的理想气体经历如图所示，一定量的理想气体经历ACB过程吸过程吸热热700J，则经历，则经历ACBDA过程时吸热又为多少？过程时吸热又为多少？解：解：ACB过程中，由图中数据得：过程中，由图中数据得：则则A、B两状态温度相同，故两状态温度相同，故ACB过程系统内能的变化：过程系统内能的变化：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础29第第十三十三章章

23、热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版29由热力学第一定律可得由热力学第一定律可得ACB过程中系统对外界作功为：过程中系统对外界作功为：即即ACB等温膨胀过程中，气体从外界吸收热量全部转化为系等温膨胀过程中，气体从外界吸收热量全部转化为系统对外界所作的正功。统对外界所作的正功。BD等体升压过程中，气体对等体升压过程中，气体对外界作为零：外界作为零：DC等压压缩过程中，气体对等压压缩过程中，气体对外界作负功：外界作负功：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础30第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版30BDA过程中，气体内能变化为过程中，气体内能变化为零，由热力学第

24、一定律可得，零，由热力学第一定律可得，系统从外界吸收热量为：系统从外界吸收热量为：ACBDA循环过程中，系统净吸循环过程中，系统净吸热为：热为：符号表示在此过程中，热量传递的总效果为放热。符号表示在此过程中，热量传递的总效果为放热。第十三章第十三章 热力学基础热力学基础31第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版3113-21 1mol氢气在温度为氢气在温度为300K，体积为，体积为0.025m3的状态的状态下，经过（下，经过（1）等压膨胀；（）等压膨胀；（2）等温膨胀；（）等温膨胀；（3）绝）绝热膨胀。气体的体积都变为原来的两倍。试分别计算热膨胀。气体的体积都变为原来的

25、两倍。试分别计算这三种过程中氢气对外做的功以及吸收的热量。这三种过程中氢气对外做的功以及吸收的热量。解：解：（1）等压膨胀过程中气体对外所做的功：）等压膨胀过程中气体对外所做的功：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础32第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版32等压膨胀过程中气体所吸收的热量：等压膨胀过程中气体所吸收的热量：氢气可视为刚性双原子分子，得：氢气可视为刚性双原子分子，得：等压过程：等压过程：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础33第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版33等压膨胀过程中气体所吸收的热量：等压膨胀过程中气体所吸收的热

26、量：（2）等温膨胀过程中气体对外所做的功：）等温膨胀过程中气体对外所做的功：等温膨胀过程中气体吸收的热量：等温膨胀过程中气体吸收的热量：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础34第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版34（3）绝热膨胀过程中气体对外所做的功：）绝热膨胀过程中气体对外所做的功：绝热过程：绝热过程：绝热膨胀过程中气体吸收的热量等于零。绝热膨胀过程中气体吸收的热量等于零。第十三章第十三章 热力学基础热力学基础35第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版3513-24 如图所示是单原子理想气体循环过程的如图所示是单原子理想气体循环过程的V-

27、T图，图，图中图中 ，试问，试问：（：（1）图中所示循环是代表制冷）图中所示循环是代表制冷机还是热机？（机还是热机？（2）如果是正循环（热机循环），求）如果是正循环（热机循环），求出循环效率出循环效率。第十三章第十三章 热力学基础热力学基础36第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版36解解：（1）将将V-T图转换为图转换为P-V图，方法是：找每图，方法是：找每一过程的特殊点，利用气态方程来完成。一过程的特殊点，利用气态方程来完成。AB过程：直线过原点，方程为：过程：直线过原点，方程为：与物态方程比较：与物态方程比较：可知该过程为等压膨胀过程。（如果直线不过原可知该过程为

28、等压膨胀过程。（如果直线不过原点，就不是等压过程）点，就不是等压过程）第十三章第十三章 热力学基础热力学基础37第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版37BC过程：等体降温过程过程：等体降温过程CA过程：等温压缩过程过程：等温压缩过程转换后的转换后的P-V图为：图为：循环为正循环，即为热机循循环为正循环，即为热机循环环.第十三章第十三章 热力学基础热力学基础38第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版38（2）AB等压膨胀，吸热等压膨胀，吸热BC等容降压，放热等容降压，放热CA等温压缩，放热等温压缩，放热第十三章第十三章 热力学基础热力学基础39第

29、第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版39系统总吸热：系统总吸热：系统总放热：系统总放热：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础40第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版40循环效率为：循环效率为：第十三章第十三章 热力学基础热力学基础41第第十三十三章章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版4113-25 一卡诺热机的低温热源温度为一卡诺热机的低温热源温度为 ，效率为，效率为40%，若要将其效率提高到，若要将其效率提高到50%，求高温热源的温度需提，求高温热源的温度需提高多少？高多少？解：解：卡诺热机的效率为：卡诺热机的效率为：高温热源需要提高：高温热源需要提高：