工程熱力學(xué)思考題答案解析整理完成版

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1、工程熱力學(xué)復(fù)習(xí)思考題解答Ⅰ⒉　有人認(rèn)為，開(kāi)口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開(kāi)口系不可能是絕熱系。這種觀點(diǎn)對(duì)不對(duì)，為什么?答：不對(duì)。“絕熱系”指的是過(guò)程中與外界無(wú)熱量交換的系統(tǒng)。熱量是指過(guò)程中系統(tǒng)與外界間以熱的方式交換的能量，是過(guò)程量，過(guò)程一旦結(jié)束就無(wú)所謂“熱量”。物質(zhì)并不“擁有”熱量。一個(gè)系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對(duì)物質(zhì)流開(kāi)放無(wú)關(guān)。⒊　平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系?答：“平衡狀態(tài)”與“穩(wěn)定狀態(tài)”的概念均指系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化，這是它們的共同點(diǎn)；但平衡狀態(tài)要求的是在沒(méi)有外界作用下保持不變；而平衡

2、狀態(tài)則一般指在外界作用下保持不變，這是它們的區(qū)別所在。⒋　倘使容器中氣體的壓力沒(méi)有改變，試問(wèn)安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)改變嗎？在絕對(duì)壓力計(jì)算公式中，當(dāng)?shù)卮髿鈮菏欠癖囟ㄊ黔h(huán)境大氣壓?答：可能會(huì)的。因?yàn)閴毫Ρ砩系淖x數(shù)為表壓力，是工質(zhì)真實(shí)壓力與環(huán)境介質(zhì)壓力之差。環(huán)境介質(zhì)壓力，譬如大氣壓力，是地面以上空氣柱的重量所造成的，它隨著各地的緯度、高度和氣候條件不同而有所變化，因此，即使工質(zhì)的絕對(duì)壓力不變，表壓力和真空度仍有可能變化?！爱?dāng)?shù)卮髿鈮骸辈⒎蔷褪黔h(huán)境大氣壓。準(zhǔn)確地說(shuō)，計(jì)算式中的Pb應(yīng)是“當(dāng)?shù)丨h(huán)境介質(zhì)”的壓力，而不是隨便任何其它意義上的“大氣壓力”

3、，或被視為不變的“環(huán)境大氣壓力”。⒌　溫度計(jì)測(cè)溫的基本原理是什么?答：溫度計(jì)對(duì)溫度的測(cè)量建立在熱力學(xué)第零定律原理之上。它利用了“溫度是相互熱平衡的系統(tǒng)所具有的一種同一熱力性質(zhì)”，這一性質(zhì)就是“溫度”的概念。⒍　經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么?為什么?答：由選定的任意一種測(cè)溫物質(zhì)的某種物理性質(zhì)，采用任意一種溫度標(biāo)定規(guī)則所得到的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。由于經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)選用不同測(cè)溫物質(zhì)制作溫度計(jì)、采用不同的物理性質(zhì)作為溫度的標(biāo)志來(lái)測(cè)量溫度時(shí)，除選定的基準(zhǔn)點(diǎn)外，在其它溫度上，不同的溫度計(jì)對(duì)同一溫度可能會(huì)給出不同測(cè)定值（盡管差值可能是微小的），因而任

4、何一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)都不能作為度量溫度的標(biāo)準(zhǔn)。這便是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的根本缺點(diǎn)。⒎　促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么?舉例說(shuō)明。答：分兩種不同情況：⑴7工程熱力學(xué)復(fù)習(xí)思考題解答Ⅰ若系統(tǒng)原本不處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各部分間存在著不平衡勢(shì)差，則在不平衡勢(shì)差的作用下，各個(gè)部分發(fā)生相互作用，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化。例如，將一塊燒熱了的鐵扔進(jìn)一盆水中，對(duì)于水和該鐵塊構(gòu)成的系統(tǒng)說(shuō)來(lái)，由于水和鐵塊之間存在著溫度差別，起初系統(tǒng)處于熱不平衡的狀態(tài)。這種情況下，無(wú)需外界給予系統(tǒng)任何作用，系統(tǒng)也會(huì)因鐵塊對(duì)水放出熱量而發(fā)生狀態(tài)變化：鐵塊的溫度逐漸降低，水的溫度逐漸升高，最終系統(tǒng)從熱不平衡的

5、狀態(tài)過(guò)渡到一種新的熱平衡狀態(tài)；⑵若系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)，則只有在外界的作用下（作功或傳熱）系統(tǒng)的狀態(tài)才會(huì)發(fā)生變。(a)(b)圖1-16思考題8附圖⒏　圖1-16a、b所示容器為剛性容器：⑴將容器分成兩部分。一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板。若突然抽去隔板，氣體(系統(tǒng))是否作功？⑵設(shè)真空部分裝有許多隔板，每抽去一塊隔板讓氣體先恢復(fù)平衡再抽去一塊，問(wèn)氣體(系統(tǒng))是否作功？⑶上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過(guò)程是否都可在P-v圖上表示？　答：⑴；受剛性容器的約束，氣體與外界間無(wú)任何力的作用，氣體（系統(tǒng)）不對(duì)外界作功；⑵b情況下系統(tǒng)也與外界無(wú)力的

6、作用，因此系統(tǒng)不對(duì)外界作功；⑶a中所示的情況為氣體向真空膨脹(自由膨脹)的過(guò)程，是典型的不可逆過(guò)程。過(guò)程中氣體不可能處于平衡狀態(tài)，因此該過(guò)程不能在P-v圖上示出；b中的情況與a有所不同，若隔板數(shù)量足夠多，每當(dāng)抽去一塊隔板時(shí)，氣體只作極微小的膨脹，因而可認(rèn)為過(guò)程中氣體始終處在一種無(wú)限接近平衡的狀態(tài)中，即氣體經(jīng)歷的是一種準(zhǔn)靜過(guò)程，這種過(guò)程可以在P-v圖上用實(shí)線表示出來(lái)。⒒　工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出的功中是否要減去活塞排斥大氣功才是有用功？答：不需要。由于活塞也包含在系統(tǒng)內(nèi)，既然系統(tǒng)完成的是循環(huán)過(guò)程，從總的結(jié)果看來(lái)活塞并未改變其位

7、置，實(shí)際上不存在排斥大氣的作用。第2章熱力學(xué)第一定律B隔板A自由膨脹⒈　剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如圖2--11所示。若將隔板抽去，分析容器中空氣的熱力學(xué)能如何變化？若隔板上有一小孔，氣體泄漏人B中，分析A、B兩部分壓力相同時(shí)A、B兩部分氣體的比熱力學(xué)能如何變化？答:⑴定義容器內(nèi)的氣體為系統(tǒng)，這是一個(gè)控制質(zhì)量。由于氣體向真空作無(wú)阻自由膨脹，不對(duì)外界作功，過(guò)程功；容器又是絕熱的，過(guò)程的熱量，因此，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，應(yīng)有，即容器中氣體的總熱力學(xué)能不變，膨脹后當(dāng)氣體重新回復(fù)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，其比熱力學(xué)能亦與

8、原來(lái)一樣，沒(méi)有變化；若為理想氣體，則其溫度不變。⑵當(dāng)隔板上有一小孔，氣體從A泄漏人B中，若隔板為良好導(dǎo)熱體，A、B兩部分氣體時(shí)刻應(yīng)有相同的溫度，當(dāng)A、