热力学第定律练习题

热力学第定律练习题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。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？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?

供暖系数所需最小功率解（1）热泵供给室内的热流量(2)从室内吸热率可逆制冷机的制冷系数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；

无论可逆与否，都有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．则如图（c）所示的制冷循环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，克劳修斯积分解得第二种情况，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）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。（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？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

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。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，所消耗的功由热力学第一定律知

故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。（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。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按熵平衡方程有或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