第2章习题提示和答案.pdf

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1、第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律习题2-1一辆汽车1小时消耗汽油34.1升，已知汽油发热量为44000kJ/kg，汽油密度30.75g/cm。测得该车通过车轮出的功率为64kW，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。提示和答案：汽车通过排气，水箱散热等散发热量为汽油总发热量与通过车轮出的功率之差，解得Q=894900kJ/h。out2−2质量为1275kg的汽车在以60000m/h速度行驶时被踩刹车止动，速度降止20000m/h，假定刹车过程中0.5kg的刹车带和4kg钢刹车鼓均匀加热，但与外界没有传热，已知刹车带和钢刹车鼓的比热容分

2、别是1.1kJ/(kg·K)和0.46kJ/(kg·K)，求刹车带和刹车鼓的温升。o提示和答案：汽车速度降低，动能转化为刹车带和刹车鼓的热力学能，tt−=65.9C。212−31kg氧气置于图2-14所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无磨擦。初始时氧气压力为0.5MPa，温度为27℃，若气缸长度2l，活塞质量为10kg。试计算拔除钉后，活塞可能达到最大速度。提示和答案：气体输出的有用功转化为活塞动能，可逆过程对外界作功最大，故按可逆定温膨胀计算功，c=87.7m/s。22−4气体某一过程中吸收了50J的热量，同时，热力学能增加84J，问此过程是膨胀

3、过程还是压缩过程？对外作功是多少J？提示和答案：取气体为系统，据闭口系能量方程式QUW=Δ+，解得外界对气体作功34J。图2-14习题2-3附图62−5在冬季，工厂车间每一小时经过墙壁和玻璃等处损失热量310kJ×，车间中各种机床的总功率是375kW，且最终全部变成热能，另外，室内经常点着50盏100W的电灯，若使该车间温度保持不变，问每小时需另外加入多少热量？提示和答案：车间内产生的热量等散失的热量车间保持温度不变，解得Q=1632000kJ。补2−6夏日，为避免阳光直射，密闭门窗，用电扇取凉，若假定房间内初温为28℃，压力为0.1MPa，电扇的功率为

4、0.06kW，太阳直射传入的热量为0.1kW，若室内有三人，每2人每小时向环境散发的热量为418.7kJ，通过墙壁向外散热1800kJ/h，试求面积为15m，高度为3.0m的室内空气每小时温度的升高值，已知空气的热力学能与温度关系为6第二章热力学第一定律Δ=uT0.72{Δ}kJ/kg。K提示和答案：室内门窗密闭，近似假定空气总质量不变，据能量守恒，解得Δ=T0.86K。32−7有一飞机的弹射装置，如图2-15，在气缸内装有压缩空气，初始体积为0.28m，3终了体积为0.99m，飞机的发射速度为61m/s，活塞、连杆和飞机的总质量为2722kg。设发射过

5、程进行很快，压缩空气和外界间无传热现象，若不计摩擦图2-15习题2-7附图力，求发射过程中压缩空气的热力学能变化。m23提示和答案：取压缩空气为系统，且WpVV=−()+c，解得Δ=−U513510J×。0212232−8如图2-16所示，气缸内空气的体积为0.008m，温度为17℃。初始时空气压力为0.1013MPa，环境大气压力p=0.1MPa，弹b簧呈自由状态。现向空气加热，使其压力升高，并推动活塞上升而压2缩弹簧。已知活塞面积为0.08m，弹簧刚度为k=40000N/m，空气图2-16习题2-8附图热力学能变化关系式为Δ=Δ{u}0.718{T}

6、。试求，使气缸内空气压力达到0.15MPa所kJ/kgK需的热量。()ppA−提示和答案：初始时弹簧呈自由状态，利用力平衡求得活塞质量1b。m==10.61kg活g−3V1据空气质量m=×9.7310kg进而得h==0.1m。终态时的力平衡aA3()gp−−=pAmKx解得，x=0.0974m，于是解得VA=+=(hx)0.0158m、2b活2222pV(g)mK+x22活T==848.26K，Δ=UmcTT(−=)3.90kJ。因pp=+，所以2V21bmRAag2⎡⎤(g)mK+x活Wp=∫A⎢⎥b+d(Ax)=0.98kJ，QUW=Δ+=4.88k

7、J。2⎣⎦A2−9有一橡皮球，当其内部气体的压力和大气压相同，为0.1MPa时呈自由状态，体积3为0.3m。气球受火焰照射而受热，其体积膨胀一倍，压力上升为0.15MPa，设气球的压力与体积成正比。试求：（1）该过程中气体作的功；（2）用于克服橡皮气球弹力所作的功，若初始时气体温度为17℃，求球内气体吸热量。已知该气体的气体常数R=⋅287J/(kgK)，g7第二章热力学第一定律其热力学能{uT}=0.72{}。kJ/kgK提示和答案：据题意Δ=−=+p()ppkVb，初、终态压力及体积确定p=pV()，02利用Wp=∫dv解得W=37.5kJ；克服橡皮

8、气球弹力所作的功和排斥大气功等于过程中气1体作的功，得W=7.5kJ；据闭口系能