河北科技大学大学物理答案第9章

第九章 热力学基础 1第 9 章思考题 9-1 理想气体物态方程是根据哪些实验定律导出的，其适用条件是什么？9-2 内能和热量的概念有何不同？下面两种说法是否正确？(1) 物体的温度愈高，则热量愈多；(2) 物体的温度愈高，则内能愈大？9-3 在 p-V 图上用一条曲线表示的过程是否一定是准静态过程？理想气体经过自由膨胀由状态(p 1,V1,T1)改变到状态(p 2,V2,T1)，这一过程能否用一条等温线表示。9-4 有可能对物体传热而不使物体的温度升高吗？有可能不作任何热交换，而系统的温度发生变化吗？9-5 在一个房间里，有一台电冰箱在运转着，如果打开冰箱的门，它能不能冷却这个房间？空调为什么会使房间变凉？9-6 根据热力学第二定律判别下列两种说法是否正确？(1) 功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功；(2) 热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体。9-7 一条等温线和一条绝热线是否能有两个交点？为什么？9-8 为什么热力学第二定律可以有许多不同的表述？9-9 瓶子里装一些水，然后密闭起来。忽然表面的一些水温度升高而蒸发成汽，余下的水温变低，这件事可能吗？它违反热力学第一定律吗？它违反热力学第二定律吗？9-10 有一个可逆的卡诺机，以它做热机使用时，若工作的两热源温差愈大，则对做功越有利；当作制冷机使用时，如果工作的两热源温差愈大时，对于制冷机是否也愈有利？（从效率上谈谈）9-11 可逆过程是否一定是准静态过程？准静态过程是否一定是可逆过程？有第九章 热力学基础 2人说“凡是有热接触的物体，它们之间进行热交换的过程都是不可逆过程。 ”这种说法对吗？9-12 如果功变热的不可逆性消失了，则理想气体自由膨胀的不可逆性也随之消失，是这样吗？9-13 热力学第二定律的统计意义是什么？如何从微观角度理解自然界自发过程的单方向性？9-14 西风吹过南北纵贯的山脉：空气由山脉西边的谷底越过，流动到山顶到达东边，在向下流动。空气在上升时膨胀，下降时压缩。若认为这样的上升、下降过程是准静态的，试问这样的过程是可逆的吗？9-15 一杯热水置于空气中，他总要冷却到与周围环境相同的温度。这一过程中，水的熵减少了，这与熵增加原理矛盾吗？9-16 一定量气体经历绝热自由膨胀。既然是绝热的，即 ,那么熵变也应0dQ该为零。对吗？为什么？习 题 9-1 一定量的某种理想气体按 （C 为恒量）的规律膨胀，分析膨胀后pV2气体的温度的变化情况。解：已知 理想气体状态方程 ，(1) 2CpV(2) RTM将(2)式代如(1)式，得 ,整理，VRTMC第九章 热力学基础 3对于一定质量的理想气体， 为定值，令 ,则 ，M RC CTV所以膨胀后气体温度成比例降低。9-2 0.020kg 的氦气温度由 17升到 27，若在升温的过程中：（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；（3）不与外界交换热量，试分别求出气体内能的改变，吸收的热量，外界对气体所作的功。(设氦气可看作理想气体)解：理想气体内能是温度的单值函数，一过程中气体温度的改变相同，所以内能的改变也相同，为：热量和功因过程而异，分别求之如下：（1）等容过程：V=常量 A0 由热力学第一定律， （2）等压过程：由热力学第一定律， 负号表示气体对外作功，（3）绝热过程 Q0 由热力学第一定律 第九章 热力学基础 49-3 分别通过下列过程把标准状态下的 0.014kg 氮气压缩为原体积的一半：（1）等温过程；（2）绝热过程；（3）等压过程。试分别求出在这些过程中内能的改变，传递的热量和外界对气体所作的功。设氮气可看作理想气体，且。RCV5m,解（1）等温过程：理想气体内能是温度的单值函数，过程中温度不变，故由热力学第一定律 负号表示系统向外界放热（2）绝热过程 由 或 得由热力学第一定律 另外，也可以由 第九章 热力学基础 5及 先求得 A（3）等压过程，有或 而 所以 由热力学第一定律，也可以由 求之另外，由计算结果可见，等压压缩过程，外界作功，系统放热，内能减少，数量关系为，系统放的热等于其内能的减少和外界作的功。9-4 在标准状态下 0.016kg 的氧气，分别经过下列过程从外界吸收了 80cal 的热量。 （1）若为等温过程，求终态体积。 （2）若为等体过程，求终态压强。 （3）若为等压过程，求气体内能的变化。设氧气可看作理想气体，且 。RCV25m,第九章 热力学基础 6解：（1）等温过程 则故 （2）等体过程（3）等压过程9-5 单原子理想气体的温度从 增加到 ， （1）容积保持不变；1mol 30K350（2）压强保持不变。问在这两个过程中各吸收了多少热量？增加了多少内能？第九章 热力学基础 7对外做了多少功？解：(1)等体过程由热力学第一定律得 EQ吸热 JTRMCEQV 25.63)035(1.823对外作功 0W(2)等压过程 JTRiTp 75.1038)35(1.82吸热 iMCEV内能增加 JTRV 25.63)035(1.823对外作功 EQW4.67.09-6 的氢气，在压强为 ，温度为 20时，其体积为 。如先保1mol 51.Pa0V持体积不变，加热使其温度升高到 80，然后使其作等温膨胀，体积变为原体积的 2 倍。试计算该过程中吸收的热量，气体对外做的功和气体内能的增量。解： 58.316024.52VECTRJ21ln8.3(70)ln2.ARJ第九章 热力学基础 83279.8QAEJ9-7 标准状态下 的氧气，分别经过下列过程并从外界吸收 的1.60kg 34.J热，（1）经等体过程，求末状态的压强；（2）经等温过程，求末状态的体积；（3）经等压过程，求气体内能的改变。解：已知 kgMO2106.2JQ4.3RCV25Pa501. KT5.7(1) 等体过程 WTEV吸 19.32.8510326.43VCET吸 ()K(9.70由过程方程 )(1032.01.52345500 PaTPT （2）等温过程： ,0,E,ln0VRTQ, LV2.145.0 ,2946.015.73.854ln0 V)(4.3.296.e(3)等压过程： ， ，TCQpRp27)(86.34.5E ,V JTpPp 第九章 热力学基础 99-8 1mol 双原子分子理想气体作如习题 9-8 图的可逆循环过程，其中 12 为直线，23 为绝热线，31 为等温线。已知 ， ，试求：12T38V(1)各过程的功，内能增量和传递的热量（用 和已知常数表示）(2)此循环的效率 。 （注：循环效率 ， 为每一循环过程气体对外所做净功， 为QW 1Q每一循环过程气体吸收的热量） T(K) )mV(103-O12abc习题 9-9 图2p2V13习题 9-8 图O解： 13128, ,5 ,1VTRCV(1)各过程中的功、内能增量和热量： ,211EV12VpCp，又因为 是绝热过程，4.i3211112 ,pT 12211 5.0.)()( RTVpVpW3REQ第九章 热力学基础 10绝热过程3212 5.2,0RTTCEWQV等温过程：1 13133 lnl,R(2)此过程的循环效率： %7.02ln13l12 RTQW9-9 1mol 单原子分子理想气体的循环过程如习题 9-9 图所示，其中 c 点的温度为 =600K试求： (1)abbcca 各个过程系统吸收的热量；cT(2)经一循环系统