工程热力学思考题及答案 第三章.pdf

1 沈维道 将智敏 童钧耕 工程热力学 课后思考题答案 工程热力学思考题及答案工程热力学思考题及答案 第三章 理想气体的性质 第三章 理想气体的性质 1 怎样正确看待 理想气体 这个概念 在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些 公式 答 理想气体 分子为不占体积的弹性质点 除碰撞外分子间无作用力 理想气体是实际气体在低 压高温时的抽象 是一种实际并不存在的假想气体 判断所使用气体是否为理想气体 1 依据气体所处的状态 如 气体的密度是否足够小 估计作 为理想气体处理时可能引起的误差 2 应考虑计算所要求的精度 若为理想气体则可使用理想 气体的公式 2 气体的摩尔体积是否因气体的种类而异 是否因所处状态不同而异 任何气体在任意状态下摩 尔体积是否都是 0 022414m 3 mol 答 气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异 但因所处状态不同而变化 只 有在标准状态下摩尔体积为 0 022414m 3 mol 3 摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异 答 摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化 4 如果某种工质的状态方程式为 RgTpv 那么这种工质的比热容 热力学能 焓都仅仅是温度 的函数吗 答 一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体 那么其比热容 热力学能 焓都仅仅是温度的 函数 5 对于一种确定的理想气体 vp cc 是否等于定值 v p c c 是否为定值 在不同温度下 vp cc v p c c 是否总是同一定值 答 对于确定的理想气体在同一温度下 vp cc 为定值 v p c c 为定值 在不同温度下 vp cc 为定值 v p c c 不是定值 6 麦耶公式 Rgcc vp 是否适用于理想气体混合物 是否适用于实际气体 答 迈耶公式的推导用到理想气体方程 因此适用于理想气体混合物不适合实际气体 7 试论证热力学能和焓是状态参数 理想气体热力学能和焓有何特点 答 在工程热力学里 在无化学反应及原子核反应的过程中 化学能 原子核能都不变化 可以不 考虑 因此热力学能包括内动能和内位能 内动能由温度决定 内位能由v决定 这样热力学能由 两个状态参数决定 所以热力学能是状态参数 由公式 pvuh 可以看到 焓也是由状态参数决 定 所以也是状态参数 对于理想气体热力学能和焓只是温度的函数 2 8 气体有两个独立的参数 u 或 h 可以表示为 p 和 v 的函数 即 vpfu u 但又曾得出结论 理想气体的热力学能 焓 熵只取决于温度 这两点是否矛盾 为什么 答 不矛盾 实际气体有两个独立的参数 理想气体忽略了分子间的作用力 所以只取决于温度 9 为什么工质的热力学能 焓 熵为零的基准可以任选 理想气体的热力学能或焓的参照状态通常 选定哪个或哪些个状态参数值 对理想气体的熵又如何 答 在工程热力学里需要的是过程中热力学能 焓 熵的变化量 热力学能 焓 熵都只是温度的 单值函数 变化量的计算与基准的选取无关 热力学能或焓的参照状态通常取 0K 或 0 时焓时为 0 热力学能值为 0 熵的基准状态取 0 p 101325Pa 0 T 0K 熵值为 0 10 气体热力性质表中的 hu 及 0 s 的基准是什么状态 答 气体热力性质表中的 hu 及 0 s 基准是态是 00 p T KT0 0 0 p 101325Pa 11 在如图 3 1 所示的 T s 图上任意可逆过程 1 2 的热量如何表示 理想气体在 1 和 2 状态间的热 力学能变化量 焓变化量如何表示 若在 1 2 经过的是不可逆过程又如何 答 图 3 2 中阴影部分面积为多变过程 1 2 的热量 对于多变过程其热力学能变化量及焓变化量可由下面两式计算得到 21 1 212 vvv qTTcTTcu 21 1 212 ppp qTTcTTch 过初始状态点 做定容线 2 2 图 3 3 中阴影部分面积为多变过程 1 2 的热力学能变化量 过初始状态点 做定压线 2 2 图 3 4 中阴影部分面积为多变过程 1 2 的焓变化量 若为不可逆过程 热力学能 焓不变如上图 热量无法在图中表示出来 12 理想气体熵变计算式 3 34a 3 35a 3 36a 3 37a 等是由可逆过程导出的 这些计 算式是否可用于不可逆过程初 终态的熵变 为什么 3 答 可以 因为熵是状态参数 只与初终状态有关 与过程无关 13 熵的数学定义式为 T q ds rev 比热容的定义式为 cdTq 故 T cdT ds 理想气体的比热容 是温度的单值函数 所以理想气体的熵也是温度的单值函数 这一结论是否正确 若不正确 错在 何处 答 T q ds rev 中 rev q 为一微元可逆变化过程中与热源交换的热量 而 cdTq 中 q 为工质温度 升高dT所吸收的热量 他们是不能等同的 所以这一结论是错误的 14 1 气体吸热后熵一定增大 2 气体吸热后温度一定升高 3 气体吸热后热 力学能一定升高 4 气体膨胀时一定对外做功 5 气体压缩时一定耗功 答 1 2 3 4 5 15 道尔顿分压定律和亚美格分体积定律是否适用于实际气体混合物 答 不适用 16 混合气体中如果已知两种组分 A 和 B 摩尔分数 BA