第9章-热力学--------(习题、答案).doc

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1、第9章热力学基础一.基本要求1.理解平衡态、准静态过程的概念。2.掌握内能、功和热量的概念。3.掌握热力学第一定律,能熟练地分析、计算理想气体在各等值过程中及绝热过程中的功、热量和内能的改变量。4.掌握循环及卡诺循环的概念,能熟练地计算循环及卡诺循环的效率。5.了解可逆过程与不可逆过程的概念。6.解热力学第二定律的两种表述,了解两种表述的等价性。7.理解熵的概念,了解热力学第二定律的统计意义及无序性。二.内容提要1.内能功热量内能从热力学观点来看,内能是系统的态函数,它由系统的态参量单值决定。对于理想气体,其内

2、能E仅为温度T的函数,即当温度变化ΔT时,内能的变化功热学中的功与力学中的功在概念上没有差别,但热学中的作功过程必有系统边界的移动。在热学中,功是过程量,在过程初、末状态相同的情况下,过程不同,系统作的功A也不相同。系统膨胀作功的一般算式为在p—V图上,系统对外作的功与过程曲线下方的面积等值。热量热量是系统在热传递过程中传递能量的量度。热量也是过程量,其大小不仅与过程、的初、末状态有关,而且也与系统所经历的过程有关。2.热力学第一定律系统从外界吸收的热量,一部分用于增加内能,一部分用于对外作功,即热力学第一定律

3、的微分式为3.热力学第一定律的应用——几种过程的A、Q、ΔE的计算公式(1)等体过程体积不变的过程,其特征是体积V=常量;其过程方程为在等体过程中,系统不对外作功,即。等体过程中系统吸收的热量与系统内能的增量相等,即(2)等压过程压强不变的过程,其特点是压强p=常量;过程方程为在等压过程中,系统对外做的功系统吸收的热量式中为等压摩尔热容。(3)等温过程温度不变的过程,其特点是温度T=常量;其过程方程为pV=常量在等温过程中,系统内能无变化,即(4)绝热过程不与外界交换热量的过程,其特点是dQ=0,其过程方程pV

4、γ=常量在绝热过程中,系统对外做的功等于系统内能的减少,即7.循环过程系统从某一状态出发,经过一系列状态变化后又回到了初始状态的整个变化过程。其特点是内能变化为零,即在循环过程中,系统吸收的净热量(吸收热量与放出热量之差。注意这里及以后的均指绝对值)与系统对外做的净功(系统对外作的功与外界对系统作的功之差)相等,即若循环沿过程曲线的顺时针方向进行(称为热循环),则其效率8.卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环,其效率习题9-1有两个相同的容器,容积固定不变,一个盛有氦气,另一个盛有氢气(看成刚性分子的

5、理想气体),它们的温度和压强都相等,现将5J的热量都传给氢气,使氢气温度升高,如果使氦气也升高同样的温度,则应向氦气传递的热量是:(A)6J(B)5J(C)3J(D)2J[]9-2一定量的某种理想气体起使温度为T,体积为V,该气体在下面循环过程中经过下列三个平衡过程:(1)绝热膨胀到体积为2V,(2)等容变化使温度恢复为T,(3)等温压缩到原来体积V,则此整个循环过程中(A)气体向外界放热。(B)气体对外作正功。(C)气体内能增加。(D)气体内能减少。[]9-3一定量的理想气体经历acb过程时吸热200J,则经

6、历acbda过程时吸热为P(×105Pa)ad4c1ebO14V(×10-3m3)(A)-1200J(B)-1000J(C)-700J(D)1000J[]9-4一定质量的理想气体完成一个循环过程,此过程在V—T图中用图线1231描写,该气体在循环过程中吸热、放热的情况是(A)在12、31过程吸热,在23过程放热。(B)在23过程吸热,在12,31过程放热。(C)在12过程吸热,在23,31过程放热。(D)在23,31过程吸热,在12过程放热。[]VP32b①1aca′②OTOT题9-4图题9-5图9-5一定量的

7、理想气体分别由初态a经1过程ab和由初态a′经2过程a′cb到达相同的终状态b,如P—T图所示,则两过程中气体从外界吸收的热量Q1、Q2的关系为(A)Q1<0,Q1>Q2(B)Q1>0,Q1>Q2(C)Q1<0,Q1<Q2(D)Q1>0,Q1<Q2        [  ]9-8设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n倍,则理想气体在一次卡诺循环中,传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的(A)n倍(B)n-1倍(C)倍(D)倍  [  ]PBCC′ADD′OV9-10如图所示的两个卡诺循环,第一个沿A

8、、B、C、D、A进行,第二个沿A、B、C/、D/、A进行,这两个循环的效率h1和h2的关系及这两个循环所作的净功A1和A2的关系是(A)h1=h2,A1=A2  (B)h1>h2,A1=A2(C)h1=h2,A1>A2(D)h1=h2,A1<A2   [  ]PPadbecfOVOV图(1)图(2)9-14一定量的理想气体,分别经历如图(1)所示的abc过程,(图中虚线ac为等温线),

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