2022年11热力学第二定律习题详解

1、一，挑选题习题十一可编辑资料 - - - 欢迎下载1. 你认为以下哪个循环过程是不行能实现的（ A ）由绝热线，等温线，等压线组成的循环.（ B）由绝热线，等温线，等容线组成的循环.（ C）由等容线，等压线，绝热线组成的循环.（ D）由两条绝热线和一条等温线组成的循环.答案： D解：由热力学其次定律可知,单一热源的热机是不行能实现的,故此题答案为D .2. 甲说：由热力学第确定律可证明,任何热机的效率不能等于1.乙说：热力学其次定律可以表述为效率等于100% 的热机不行能制成.丙说： 由热力学第确定律可以证明任何可编辑资料 - - - 欢迎下载可逆热机的效率都等于1T2 T1.丁说： 由热力学

2、第确定律可以证明抱负气体可逆卡诺热机可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载的效率等于1T2 T1.对于以上表达,有以下几种评述,那种评述是对的可编辑资料 - - - 欢迎下载（ A ）甲，乙，丙，丁全对.（ B ）甲，乙，丙，丁全错.（ C）甲，乙，丁对,丙错.（D ）乙，丁对,甲，丙错.答案： D解：效率等于 100%的热机并不违反热力学第确定律,由此可以判定A ，C 挑选错误.乙可编辑资料 - - - 欢迎下载的说法是对的,这样就否定了B.丁的说法也是对的,由效率定义式1Q2 Q1,由于在可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载可逆卡诺循环

3、中有Q2Q1为 D .T2,所以抱负气体可逆卡诺热机的效率等于T11T2 T1.故此题答案可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载3. 确定量抱负气体向真空做绝热自由膨胀,体积由V1 增至 V2 ,此过程中气体的可编辑资料 - - - 欢迎下载（ A ）内能不变,熵增加.（ B）内能不变,熵削减.（ C）内能不变,熵不变.（ D）内能增加,熵增加.答案： AV 2可编辑资料 - - - 欢迎下载解：绝热自由膨胀过程,做功为零,依据热力学第确定律不变.但这是不行逆过程,所以熵增加,答案A 正确.QUpdV ,系统内能V1可编辑资料 - - - 欢迎下载4. 在功与热的转变

4、过程中,下面的那些表达是正确的？可编辑资料 - - - 欢迎下载（ A ）能制成一种循环动作的热机,只从一个热源吸取热量,使之完全变为有用功.（ B）其他循环的热机效率不行能达到可逆卡诺机的效率,可逆卡诺机的效率最高.（ C）热量不行能从低温物体传到高温物体.（ D）绝热过程对外做正功,就系统的内能必削减.答案： D解：（ A）违反了开尔文表述. （B ）卡诺定理指的是“工作在相同高温热源和相同低温热源之间的一切不行逆热机,其效率都小于可逆卡诺热机的效率”,不是说可逆卡诺热机的效率高于其它一切工作情形下的热机的效率.（ C）热量不行能自动地从低温物体传到高温物体,而不是说热量不行能从低温物体传

5、到高温物体.故答案D 正确.5. 下面的那些表达是正确的？（ A ）发生热传导的两个物体温度差值越大,就对传热越有利.（ B）任何系统的熵确定增加.（ C）有规章运动的能量能够变为无规章运动的能量,但无规章运动的能量不能够变为有规章运动的能量.（ D）以上三种说法均不正确.答案： D可编辑资料 - - - 欢迎下载解：（ A）两物体 A ，B 的温度分别为TA ， TB ,且 TATB ,两物体接触后,热量dQ 从 A可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载传向 B ,经受这个传热过程的熵变为dSdQ11 ,因此两个物体温度差值越大,可编辑资料 - - - 欢迎下载TB

6、TA熵变越大,对传热越不利.B 孤立系统的熵确定增加,而假如一个系统与外界有物质或者能量的交换,该系统的熵可以削减,比如地球这个系统,由于与太阳等存在能量交换,地球处于相对比较有序的状态,而热寂态就不会显现. （C）热机可以将热能变为机械功,这就是将无规章运动的能量变为有规章运动的能量.故此题答案为D.可编辑资料 - - - 欢迎下载6. 一摩尔单原子抱负气体从初态p1 ， V1 ， T1 准静态绝热压缩至体积为V2 ,其熵 可编辑资料 - - - 欢迎下载（ A ）增大.（ B）减小.（ C）不变.（ D）不能确定.答案： C可编辑资料 - - - 欢迎下载解：准静态过程是可逆过程,又是绝热

7、过程,SdQ0 ,C 正确.T可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载二，填空题1. 一热机每秒从高温热源（T1600 K ）吸取热量 Q13.34104 J,做功后向低温热源可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载（ T2300 K ）放出热量 Q22.09104 J,它的效率是,它可逆机（填可编辑资料 - - - 欢迎下载“是”或者“不是” ）,假如尽可能地提高热机的效率,每秒从高温热源吸热3.34104 J,可编辑资料 - - - 欢迎下载就每秒最多能做功.可编辑资料 - - - 欢迎下载答案： 37.4% .不是.2Q1.67104 J

8、.2.09104T300可编辑资料 - - - 欢迎下载解：（ 1）11437.4% , c1Q13.3410T1150% ,c ,根600可编辑资料 - - - 欢迎下载2据卡诺定理可知,该热机不是可逆热机.（ 2）依据卡诺定理,工作在相同高温热源和相同低温热源之间的一切热机,其最大可编辑资料 - - - 欢迎下载c效率为1T2 T1130060050% ,所以最多能做的功为可编辑资料 - - - 欢迎下载AQ1 c3.3410450%1.67104 J可编辑资料 - - - 欢迎下载2. 把质量为 5kg ，比热容（单位质量物质的热容）为544J/kg 的铁棒加热到 300 C ,然后浸入

9、一大桶 27 C 的水中.在这冷却过程中铁的熵变为.答案： 1760J/K解：设想一可逆冷却过程,就熵变为可编辑资料 - - - 欢迎下载dQT2McdTT227327可编辑资料 - - - 欢迎下载SMc ln5544ln1760J/K可编辑资料 - - - 欢迎下载TT1TT1273300可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载3. 在冬日一房子的散热的速率为2108 J/h,设室内温度为 20 C ,室外温度为20 C ,可编辑资料 - - - 欢迎下载这一散热过程产生熵的速率为J/Ks .答案： 30J /s K .可编辑资料 - - - 欢迎下载解：SQ放Q吸

10、21082108=30J/s K可编辑资料 - - - 欢迎下载TinTout2027320273可编辑资料 - - - 欢迎下载三，运算题1. 有可能利用表层海水和深层海水的温差来制成热机.已知热带水域的表层水温约oooo25 C,300m 深层水温约 5 C .（ 1）在这两个温度之间工作的卡诺热机的效率多大？（ 2） 假如一电站在此最大理论效率下工作时获得的机械效率为1MW ,它将以何种速率排除废o热？（ 3）此电站获得的机械功和排除的废热均来自25 C 的水冷却到 5 C 所放出的热量, 问此电站每小时能取用多少吨25 C 的表层水（设海水的比热容为4.2kJ/kgK ）？可编辑资料

11、- - - 欢迎下载答案：（ 1）6.7% .（ 2） Q放T2513.9MW273.（ 3） M6.5102 t/h .可编辑资料 - - - 欢迎下载解：（ 1）11T1252736.7%可编辑资料 - - - 欢迎下载（ 2）A, AAQ放1MW,6.7% ,所以Q放13.9MW .可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载（ 3）AcMT ,所以 MAQ吸c T可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载将6.7% , A得1MW ,T25273527320K , c4.2kJ/kgK代入,可编辑资料 - - - 欢迎下载MA1.78kg/s6

12、.5102 t/h cT2. 试求：（ 1 ）1kg , 0 C 的水放到 100 C 恒温热库上,最终达到平稳,求这一过程引起的水和恒温热库组成的系统的熵变,是增加仍是削减？（2）假如 1kg, 0 C 的水先放到50 C 恒温热库上使之达到平稳,然后再把它移到100 C 恒温热库上使之平稳,求这一过程引起的整个系统的熵变,并与（1）比较（水的比热容为c4.2kJ/kgK ）.可编辑资料 - - - 欢迎下载答案：（ 1）S1184J/K,熵增加.（ 2）S297.6J/K , S2S1 .可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载解：（ 1） S水100 273 c水

13、M 水 dTc水M 水 ln373可编辑资料 - - - 欢迎下载0 273SsTc水M 水 T水Ts273c水M 水 （0100） 100273可编辑资料 - - - 欢迎下载S1S水Ss184J/K 0可编辑资料 - - - 欢迎下载（ 2）S50 273 c水 M 水 dT100 273 c水M 水 dT =cM（ ln 323ln 373可编辑资料 - - - 欢迎下载水水水可编辑资料 - - - 欢迎下载0 273T50 273c水 M 水SsT1TT1水c水 M 水T2T2 水273323可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载T1水50273027350K

14、, T150273323 K可编辑资料 - - - 欢迎下载T2水 1002735027350K , T2100273373KS2S水Ss97.6J/K与（ 1）相比较,S2S1.可编辑资料 - - - 欢迎下载3. 1mol抱负气体从初态p1 ， V1绝热自由膨胀到终态p2 ， V2 ,已知： V22V1 ,试求：可编辑资料 - - - 欢迎下载（ 1）气体对外做功. （ 2）气体内能增量. （ 3）气体熵的增量.可编辑资料 - - - 欢迎下载答案：（ 1） A0 .（ 2） U0 .（ 3）S5.76 J/K .可编辑资料 - - - 欢迎下载解：（ 1）抱负气体对外自由膨胀的过程中不对

15、外做功,所以A0 .（ 2）抱负气体对外自由膨胀的过程中不对外做功,整个过程又是绝热过程,依据热可编辑资料 - - - 欢迎下载力学第确定律V2QUpdV ,系统U0V1可编辑资料 - - - 欢迎下载（ 3）抱负气体绝热对外自由膨胀是一个不行逆过程,故不能利用可逆过程的熵增公可编辑资料 - - - 欢迎下载式 SdQ T来求.但熵是个态函数,所以可以找到一个始，末状态一样的可逆过程来计可编辑资料 - - - 欢迎下载算熵变.因抱负气体绝热对外自由膨胀后内能不变,也即温度不变,所以可设计一个准静态等温过程来算熵增,所以可编辑资料 - - - 欢迎下载SdQCV ,mln T2R ln V201

16、8.31ln 2V15.76J/K可编辑资料 - - - 欢迎下载TT1V1V1可编辑资料 - - - 欢迎下载4. 有 2mol 的抱负气体, 经过可逆的等压过程, 体积从到 3V0 .求这一过程中的熵变.V0 膨胀P13可编辑资料 - - - 欢迎下载答案：S2C p ,m ln3 .可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载解： 由于熵是态函数, 13的可逆等压过程的熵变等于12等温过程加上 23绝热过程的总熵变, 23绝热过程熵不变,V0就总熵变等于等温过程的熵,即2V3V0可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载SdQCln T2Rln V202R ln V22Rln V2可编辑资料 - - - 欢迎下载TV ,mT1V1V1V1可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载由等温方程和绝热方程p1V1p2V2 ,p3V3p2V2可编辑资料 - - - 欢迎下载可编辑资料 - - -