11《热力学基础》.doc

11热力学基础11.1准静态过程1. 在P-V图上用一条曲线表示的过程(A) 一定是准静态过程。 (B) 不一定是准静态过程。答案：(A)参考解答：准静态过程是由一系列平衡态组成的过程。准静态过程中的每一步都是平衡态，只有在平衡态，系统的体积、压强等宏观参量才有确定的数值，才能在图上表示出来。因而，在图上用一条曲线表示的过程一定是准静态过程。选择错误的进入下面的思考题：1.1怎样理解准静态过程？参考解答：准静态过程是系统所经过的中间状态都无限接近于平衡态的那种状态变化过程。准静态过程是实际过程的近似和抽象，是一种理想化过程。进入下一题：11.2热力学第一定律1. 如图所示，一定量理想气体从体积V1，膨胀到体积V2分别经历的过程是：AB等压过程，AC等温过程；AD绝热过程，其中吸热量最多的过程 (A) 是AB. (B)是AC. (C)是AD. (D)既是AB也是AC, 两过程吸热一样多。 答案：(A) 参考解答：根据热力学第一定律：.系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外做功之和。AD绝热过程 AB等压过程：在等压过程中，理想气体吸热的一部分用于增加内能，另一部分用于对外作功。AC等温过程：在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作功。而功的大小为PV图上过程曲线下的面积。 本题显然在三个过程中，AB等压过程气体不仅吸热量的一部分转换为内能的增量，而且对外作功最大，即吸热量最多。对于所有错误的选择，给出下面的基本概念：1.1热力学第一定律一般情况下，当系统的状态发生变化时，系统的内能的改变是做功和传热的共同结果。实验证明，若系统从外界吸收热量为，系统对外界做功为，系统内能由初始平衡态的增至结束时平衡态的，则总有下列关系式成立：该式表示：系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外做功之和。这一涉及物体内能增量的能量守恒表示式叫热力学第一定律。式中的符号通常约定为；为正时表示系统吸热；为负时表示系统放热。为正时表示系统对外界做功；为负时表示外界对系统做功。进入下一题：2. 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)，和图(2) 所示的def过程(图中虚线df为绝热线)判断这两种过程是吸热还是放热 (A) abc过程吸热，def过程放热 (B) abc过程放热，def过程吸热 (C) abc过程和def过程都吸热 (D) abc过程和def过程都放热 答案：(A)参考解答： abc过程：气体膨胀对外作功，且始末二态在同一等温线上，根据热力学第一定律：，即abc过程吸热。对于df绝热过程： def过程：气体膨胀对外作功，但且始末二态与df绝热过程相同，所以内能的增量相同，即根据热力学第一定律：即def过程放热。对于所有错误选择，进入下一题：2.1 一定量的理想气体，从pV图上初态a经历(1)或(2)过程到达末态b，已知a、b两态处于同一条绝热线上(图中虚线是绝热线)，则气体在 (A) (1)过程中吸热，(2) 过程中放热 (B) (1)过程中放热，(2) 过程中吸热 答案：(B)参考解答：对于ab绝热过程： (1)过程：气体膨胀对外作功，但且始末二态与ab绝热过程相同，所以内能的增量相同，即根据热力学第一定律：即(1)过程放热。(2) 过程：气体膨胀对外作功，但且始末二态与ab绝热过程相同，所以内能的增量相同，即根据热力学第一定律：即(2)过程吸热。对于所有错误选择，进入下一题：2.1.1 一定量的理想气体，经历某过程后，温度升高了则根据热力学定律可以断定：该理想气体系统的内能增加了以上断言是 (A) 正确的。 (B)不正确的。答案：(A)参考解答：内能公式： DE = nCvDT，对任意过程均成立。一定量的理想气体，若经历某过程后，温度升高，即 则DE = nCvDT0, 所以其内能一定增加。进入下一题：3. 1mol理想气体从pV图上初态a分别经历如图所示的(1)或(2)过程到达末态b已知Ta Q20 (B) Q2 Q10 (C) Q2 Q10 (D) Q1 Q20 答案：(A)参考解答： (1)、 (2)过程始末态相同，所以内能的增量相同，即又Ta0, 所以该理想气体系统的内能增加了。选择(A)，请思考下面的问题：有可能不作任何热交换，而使系统的温度发生变化吗？参考解答：由热力学第一定律，如果没有热交换，则。可以通过对系统做功，改变系统的内能，从而使系统的温度发生变化。例如，绝热膨胀或绝热压缩过程中，没有作任何热交换，但使系统的温度发生了变化。选择(B)，请思考下面的问题：系统经历任一过程后温度升高，一定是外界对该系统作了正功吗？参考解答：根据热力学第一定律： 系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外做功之和。系统温度升高，则一定有： 或 A表示系统对外做功，表示外界对系统作功。即系统温度升高，是系统从外界吸收的热量和外界对该系统作功的共同结果。单纯说系统温度升高，一定是外界对该系统作了正功是不全面的，仅对绝热压缩过程成立。选择(D)，请看下面的分析：系统等体吸热过程，温度升高，但是不对外作功。进入下一题：6. 用公式(式中为定体摩尔热容量，视为常量，n 为气体摩尔数)计算理想气体内能增量时，此式 (A) 只适用于准静态的等体过程 (B) 只适用于一切等体过程 (C) 只适用于一切准静态过程 (D) 适用于一切始末态为平衡态的过程 答案：(D) 参考解答：内能是态函数，其变化（增量）只与状态（平衡态）的变化有关，而与过程无关。因此，此式是个普适公式，不受过程限制。所以公式 DE = nCvDT适用于任何始末态为平衡态的过程。对于所有错误选择，给出参考解答，进入下一题：11.3循环过程、卡诺循环1. 热力学第一定律表明： (A) 系统对外作的功不可能大于系统从外界吸收的热量 (B) 系统内能的增量等于系统从外界吸收的热量 (C) 不可能存在这样的循环过程，在此循环过程中，外界对系统作的功不等于系统传给外界的热量 (D) 热机的效率不可能等于1 答案：(C) 参考解答：热力学第一定律第一定律的实质是说明包括热现象在内的能量守恒，它主要涉及到热量、功及能量的变化，由于题目中(A)、(B)、(D)中均分别各有一量未计入，因而不能肯定它们是否就一定符合能量守恒的原则，只有(C)中给出了三个量的变化，且符合能量守恒的原则。对于所有选择，给出参考解答，进入下一题：2. 在图上，理想气体准静态循环用一封闭曲线表示。该封闭曲线所包围的面积(A) 代表系统对外做功.(B) 外界对系统所做功.(C) 正循环一周系统对外所作的净功.答案：(C) 对于所有选择，给出相关概念：系统（热机中的工作物质）从某一状态出发，经过一系列变化之后又回到了原来的状态，热力学把这样的过程叫循环过程。在图上，理想气体准静态循环用一条封闭曲线表示。如图所示的正循环，ACB曲线下所围面积代表系统对外做功，而BDA曲线下所围面积为外界对系统所做功，面积ABCD（斜线部分）代表正循环一周系统对外所作的净功。若用表示正循环一周系统所吸收的热量的大小，表示正循环一周系统对外界放出的热量的大小，则由热力学第一定律有： 正循环对应于热机，实践上和理论上都很注意它的效率，称循环效率，循环效率表示在一次循环过程中工质对外做的净功A占它从高温热源吸叫热量Q1的比例。循环效率以表示，则：逆循环对应于制冷机工作过程，衡量它的致冷经济性指标是：对应输入机械净功A，致冷机能从低温热库抽出多少热量Q2。为此，引入致冷系统w，它的定义为： 上式中Q1、Q2表示在一循环中放出和吸收热量的绝对值。进入下一题：3. 用下列两种方法 (1) 使高温热源的温度T1升高T； (2) 使低温热源的温度T2降低同样的值T， 分别可使卡诺循环的效率升高1和2，两者相比, (A) 12 (B) 1 0。选择(B)，进入下面的分析：你的解答用了绝热过程方程：T V g-1 = 恒量体积增加，温度T降低。请思考下面的问题：T V g-1 = 恒量的绝热过程（式中g 为比热容比）是否可用于理想气体自由膨胀的过程？为什么？参考解答：T V g-1 = 恒量的绝热过程不适用于理想气体自由膨胀的过程 这是因为：该方程只适用于准静态绝热过程，而理想气体的自由膨胀过程虽然是