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第五章 热力学第二定律 练习题

第五章 热力学第二定律 练习题. 5.1 、填空题 （ 1 ）不需要任何条件而可单独地自动进行的过程称为（），这类过程都是（）。 （ 2 ）不可逆循环的热效率，必定低于（）可逆循环的热效率。 （ 3 ）写出三种热力学第二定律的数学表达式 （）、（）、（）。 （ 4 ）孤立系统的熵可以（），也可以（），但不可能（）。. 5.2 是非判断及改错题： （ 1 ）只有一个热源是不可能实现热变功的。 （ 2 ）所有可逆循环的热效率 都等于 。 （ 3 ）任何不可逆循环都必有 。 （ 4 ）系统没有从外界吸热，系统的熵不可能增大。

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第五章 热力学第二定律 练习题

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Presentation Transcript

  1. 第五章 热力学第二定律 练习题 5.1、填空题 （1）不需要任何条件而可单独地自动进行的过程称为（），这类过程都是（）。 （2）不可逆循环的热效率，必定低于（）可逆循环的热效率。 （3）写出三种热力学第二定律的数学表达式（）、（）、（）。 （4）孤立系统的熵可以（），也可以（），但不可能（）。

  2. 5.2是非判断及改错题： （1）只有一个热源是不可能实现热变功的。 （2）所有可逆循环的热效率 都等于 。 （3）任何不可逆循环都必有 。 （4）系统没有从外界吸热，系统的熵不可能增大。 （5）自发过程是不可逆的。 （6）使系统熵增加的过程一定是不可逆过程。 （7）系统经过一个可逆过程后，其熵变为 （8） 工作在温度分别为 和 的两个相同恒温热源间的一切热机，其循环热效率均相等。

  3. 5.3 如果一台窗式空调机放在室内桌子上运行，问室温上升、 下降、还是维持不变？ 5.4 制冷循环的性能系数能否小于1或大于1？那么对热泵循环的性能系数又咋样? 5.5 某人声称用120℃的高压水蒸气通过传热将少量的水的温度提高到150℃。这合理吗？ 5.6 用热泵对房子采暖，其性能系数为2.5。即，热泵没消耗1kWh电力就给房间供热2.5Wh。这是否违反第一定律？为什么？ 5.7 某人声称开发出电阻加热器每消耗1kwh电力就给房间供热1.2wh。这合理吗?是永动机吗？为什么？

  4. 5.8冬季利用热泵从大气中抽取热量用以维持15℃的室温。当室内温度与大气温度相差1 ℃时，通过墙壁与大气交换的热流量约0.65W/K，求： (1)如果大气温度为一15 ℃，驱动热泵所需的最小功 率是多少。 (2)夏季，将同一台热泵用于室内空调，热泵输入功率及 温差为1 ℃时通过墙壁与大气交换的热量同上。如要维持室温15 ℃，问最大允许的大气温度是多少度?

  5. 解（1）热泵供给室内的热流量 供暖系数 所需最小功率

  6. (2)从室内吸热率 可逆制冷机的制冷系数

  7. 5.9 某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作．如下图所示，试判断是热机循环？还是制冷循环？是可逆循环？还是不可逆循环？ 解：根据热力学第一定律，无沦是热机机循环．还是制冷循环；

  8. 无论可逆与否，都有

  9. 方法一 用克劳修斯积分判断 设如图（b）所示的热机循环 所以，热机循环不可能 设如图（c）所示的热机循环 根据克劳修斯不等式知，此循环是如图（c）所示的不可逆制冷循环

  10. 方法二 用孤立系统熵增原理判断 取热源、冷源及循环工质为孤立系．设如图（b）所示热机循环．则

  11. 如图（c）所示的制冷循环

  12. 5.10是判断如下图（a）所示的可逆循环 的大小与方向，循环净功W的大小与方向以及 的方向。 第一种情况，设循环自 的热源吸热如图（b）对于可逆循环，克劳修斯积分

  13. 解得

  14. 第二种情况，若设循环向 的热源吸热 如（c） 对于可逆循环，克劳修斯积分 即 解得 所以，循环中各量大小与方向如图（c）

  15. 5.11请读者自行判断下列问题。 （1）有一发明家声称发明了一种循环装置，从热源吸取热量1000KJ，可对外作功1200KJ，你认为下列四个答案中哪一个正确. 1）违反第-定律。 2）违反第二定律。 3）既违反第一定律．也违反第二定律。 4）不违反第一定律和第二定律。

  16. （2）某制冷循环工质从温度为-73℃的冷源吸1000KJ并将热量220KJ传给温度力27℃的热源，此循环满足克劳修斯不等式的要求吗？（2）某制冷循环工质从温度为-73℃的冷源吸1000KJ并将热量220KJ传给温度力27℃的热源，此循环满足克劳修斯不等式的要求吗？ （3）如右图所示的循环，试判断下列情况 哪些是可逆的?哪些是不可逆的?哪些 是不了能的？

  17. 5.12 若封闭系统经历一过程，熵增为25KJ/K，从300K的恒温热源吸热8000kJ，此过程可逆？不可逆？还是不可能？ 解：按题意，此过程中系统熵变 因此，过程中

  18. 5.13 若系统从A态出发，经不可逆绝热过程到达B态。 试证该系统从A态出发经可逆绝热过程不可能到达B态。 由熵变表达式 对于绝热过程 系统从A态出发，经过不可逆过程到达B态，则 所以

  19. 若可逆过程终态为 则 所以 因此 因为熵是状态参数,所以 和B不是同一个状态。因此证明系统由A 态出发经历可逆绝热过程不可能到达不可逆绝热过程的终态。

  20. 5.14 从553K的热源直接向278K的热源传热．如果传热量为100KJ,此过程中总熵变化是多少? 解：选取两热源组成的孤立系统 为求热源 的熵变，设在 和 之间 有一蓄热器，温度为 如右图 先求热源 的熵变

  21. 同理，为求热源 的熵变设在 和 之间有一蓄热器，温度为 热源 的熵变

  22. 5.15在有活塞的气缸装置中，将1kmol理想气体在400K下从100kPa缓慢地定温压缩到1000kPa，计算下列三种情况下此过程的气体熵变、热源熵变和总熵变。5.15在有活塞的气缸装置中，将1kmol理想气体在400K下从100kPa缓慢地定温压缩到1000kPa，计算下列三种情况下此过程的气体熵变、热源熵变和总熵变。 （a）过程中无摩擦损耗，而热源的温度也为600K。 （b）过程中无摩擦损耗，热源的温度为300K。 （c）过程中无摩擦损耗，比可逆压缩多消耗20%的功，热 源温度为300K。 解：（a）因为过程中无摩擦损耗，气缸中1kmol的理想气体的压缩过程为可逆过程，所消耗的功

  23. 由热力学第一定律知 故

  24. 气体定温过程熵变为 热源温度 时，热源熵变 总熵变 此过程完全可逆，因此孤立系统熵增为零。

  25. （b）因为过程中无摩擦损耗，因此气体压缩所需要的功及放出的热量与（a）相同，即（b）因为过程中无摩擦损耗，因此气体压缩所需要的功及放出的热量与（a）相同，即 热源温度 时，热源熵变 总熵增

  26. 可见，由于温差引起整个系统不可逆性 （c）由于过程中有摩擦损耗，比可逆压缩多消耗20%的功，则此过程中功与热量为 热源温度 时，热源熵变

  27. 总熵增 讨论： （1）（a）为可逆总熵为0，（b）（c）不可逆过程，总熵增加。 （2）不可逆程度越大，则总熵增越大。 （3）熵是状态参数，与过程无关。

  28. 5.16 温室内100W电灯泡的表面温度为110，试确定此灯泡在稳定工作的的熵产率． 解：认为此电灯泡为一封闭系统．由于稳定工作，其热力学状态不变，于是有 U=常数 S=常数 由热力学第一定律 或

  29. 按熵平衡方程有 或

  30. 5.17求出下述情况下，由于不可逆性引起的作功能力损失。已知大气 ，温度 为300K。 （1）将200KJ的热直接从 、温度为400K的恒温热源传给大气。 （2）将200KJ的热直接从大气传向 、 温度200K恒温热源B。 （3）200KJ的热直接从热源A传给热源B。

  31. 解：由题意画出示意图，见右侧 （1）将200KJ的热直接从400K恒温热源A传给300K的大气时 热源A与大气组成的系统熵变为

  32. 此传热过程引起的作功能力损失为 （2）200KJ的热直接从大气传向200K恒温热源B时.

  33. 此过程不可逆引起的作功能力损失为 （3）200KJ直接从恒温热源A传给恒温热源B则

  34. 作功能力损失为 可见，（1）和（2）两过程的综合效果与（3）过程相同

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