北京科技大学热工学第3章和第4章重点思考题和习题解答

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1、第3章和第4章重点思考题和习题解答第3章理想气体习题353-2体积为0.027m的刚性贮气筒，装有压力为7×10Pa、温度为20℃的空气。筒上装有55一排气阀，压力达到8.75×10Pa时就开启，压力降为8.4×10Pa时才关闭。若由于外界加热的原因，造成阀门的开启，问：⑴当阀门开启时，筒内温度为多少？⑵因加热而失掉多少空气？设筒内空气温度在排气过程中保持不变。P1,V1,T1P2,V1,T2P3,V3,T2状态1--定容状态2--定温状态3(但部分气体排出)p8.752解：⑴T2=T1=2

2、93×=366K(注意：T1=273+20=293K)p715pV7×10×0.02711⑵m1===0.225kg(注意：Rg=287J/(kg.K))RT287×293g15p3V28.4×10×0.027m===0.216kg2RT287×366g2Δm=m−m=0.225−0.216=0.009kg123或：∆V=0.00108m或∆n=7.76−7.45=0.31mol3-3一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦的活塞分成两部分，最初活塞被固定在某一位置，气缸的一侧贮有0.4MPa、30℃的

3、理想气体0.5kg，而另一侧贮有0.12MPa、30℃、0.5kg的同样气体，然后放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设比热容为定值，试求：⑴平衡时的温度（℃）；⑵平衡时的压力(MPa)。解：⑴平衡时的温度为30℃⑵方法1：Vp0.1212===0.3Vp0.421pVpVpV1122由:+=TTT12得：p=0.185MPa方法2：mm11由:pV=RT，得V=RT11111MMp11mm2同理：V=RT，V=RT22MpMp2mmm12V+V=V，RT+RT=RT1212MpMpMp12

4、mmm12T+T=T12ppp12得：p=0.185MPa3-76kg空气由初态p=0.3MPa，t=30℃，经下列不同过程膨胀到同一终压11p=0.1MPa，⑴定温；⑵定熵；⑶n=1.2。试比较不同过程中空气对外作的膨胀功，交2换的热量和终温。解：⑴定温：T2=303K(注意：Rg=287J/(kg.K)，W=m*w)p0.31W=mRTln=6×287×303×ln=6×95.5=573kJg1p0.12Q=W=573kJ(注意：Q=W，而不是Q=-W)k−11.4−1p0.1⑵定熵:T=T

5、(2)k=303×()1.4=221K21p0.31Rg287W=m(T−T)=6×(303−221)=352kJ12k−11.4−1Q=0⑶n=1.2:（注意：多变过程不是定熵过程）n−1p2n0.10.2/1.2T=T()=303×()=252K21p0.31Rg287W=m(T−T)=6×(303−252)=438kJ12n−11.2−1Rg287Q=m(C−)(T−T)=6(715.94−)(303−252)=−220kJv21n−11.2−1333-26某闭口系统内有1kmol的空气，

6、初态体积为1m，终态体积为10m，当初态及终态温度均为100℃时，计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。⑴可逆膨胀；⑵向真空膨胀；⑶在外压恒为0.1MPa的环境中膨胀。(1)可逆膨胀为定温过程，v2w=RTln＝0.287*(273+100)*ln(10/1)=246.5kJ/kggv1W=246.5kJ/kg*29kg/kmol=7148.5kJQ=W=T*ΔS∆S=W/T＝19.2kJ/K(2)W=P*∆V＝0b2∆s=06(3)W=P*∆V＝0.1*10*(10-1)＝900kJb∆S=W

7、/T＝2.4kJ/K第4章热力学第二定律思考题4.下列说法是否正确？为什么？⑴熵增大的过程为不可逆过程；⑵不可逆过程的熵变∆S无法计算；⑶若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的∆S必大于可逆途径的∆S；⑷工质经历不可逆循环后∆S>0；⑸自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现；⑹工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。答：（1）不正确，只有孤立系统才可以这样说；（2）不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；（3）不对，S为状态

8、参数，和过程无关，∆S相等；（4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。（5）不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。（6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵才一定减小。5.若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析.答：不可逆过程熵大，可逆过程作功大习题4-1某发明者自称已设计出一台在540K和300K的热源之间循环工作的