公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-工程热力学-1.3热力学第一定律

公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-工程热力学-1.3热力学第一定律[单选题]1.压气机和动力机的第一定律能量方程式都可写为W1＝h1－h2，其过程及含义为()。[2017（江南博哥）年真题]A.过程和含义均相同B.过程相同、含义不相同C.过程不相同、含义相同D.过程和含义均不相同正确答案：C参考解析：压气机压缩气体的过程是外界对气体做功的过程，而动力机做功的过程则是气体对外界做功的过程，两者过程不相同；但是本质上两者都是说明工质在绝热过程中所做的技术功等于焓变，都遵循热力学第一定律，含义相同。[单选题]2.由热力学第一定律，开口系统能量方程为δq＝dh－δw，闭口系统能量方程为δq＝du－δw，经过循环后，可得出相同结果形式∮δq＝∮δw正确的解释是()。[2014年真题]A.两系统热力过程相同B.同样热量下可以做相同数量的功C.结果形式相同但内涵不同D.除去q和w，其余参数含义相同正确答案：C参考解析：开口系统能量方程式为：δq＝dh＋δw。式中，δw为技术功；dh为焓值，dh＝d（u＋pv）。而闭口系统能量方程式为：δq＝du＋δw。式中，δw为膨胀功；du为热力学能。由于焓h和热力学能u均为状态参数，只与初末参数有关，因此经过循环后，dh＝0，du＝0，则两式得出了相同的结果，但两者内涵不同，热力过程也不同。[单选题]3.使用公式Q＝ΔU＋W计算系统与外界交换热量和做功时，要求系统满足下列哪个过程？()[2018年真题]A.任何过程B.可逆过程C.准静态过程D.边界上无功耗散过程正确答案：A参考解析：热力学第一定律基本表达式为：Q＝ΔU＋W。式中，Q和W分别表示闭口系统在与外界相互作用的过程中，通过边界传递的热量和功；ΔU为系统热力学能的变化量。热力学第一定律适用于任何过程。[单选题]4.热力学第一定律是关于热能与其他形式的能量相互转换的定律，适用于()。[2011年真题]A.一切工质和一切热力过程B.量子级微观粒子的运动过程C.工质的可逆或准静态过程D.热机循环的一切过程正确答案：A参考解析：热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的应用，其表述为：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换；但在转换的过程中，能量的总值保持不变。因此，热力学第一定律适用于一切工质和一切热力过程。[单选题]5.内能是储存于系统物质内部的能量，有多种形式，下列()不属于内能。[2010年真题]A.分子热运动能B.在重力场中的高度势能C.分子相互作用势能D.原子核内部原子能正确答案：B参考解析：系统物质的能量包括宏观机械能和微观机械能。内能属于物质微观能量，包括分子动能、分子势能、化学能和核内原子能；外部宏观机械能包括物质的宏观动能和宏观势能。B项，重力场的高度势能为宏观势能，属于外部能而不属于内能。[单选题]6.热能转换成机械能的唯一途径是通过工质的体积膨胀，此种功称为容积功，它可分为()。[2007年真题]A.膨胀功和压缩功B.技术功和流动功C.轴功和流动功D.膨胀功和流动功正确答案：A参考解析：容积功是指热力系统通过体积变化所完成的与外界进行能量交换的一种功，膨胀功和压缩功统称为容积功。流动功是指推动下游流体流动所做的功，是维持流体正常流动所必须传递的能量。轴功为开口系统与外界间通过进、出界面以外的边界（一般为机器轴）所传递的功。动能与位能和轴功一样都是可以利用的机械能，合并称为技术功。[单选题]7.系统的储存能E的表达式()。[2017年真题]A.E＝U＋PVB.E＝U＋PV＋Ek＋EpC.E＝U＋Ek＋EPD.E＝U＋H＋Ek＋Ep正确答案：C参考解析：系统的储存能是内部储存能和外部储存能的总和。内部储存能是指热力学能U，外部储存能包括宏观运动动能Ek和位能Ep，则E＝U＋Ek＋Ep。[单选题]8.系统的总储存能包括内储存能和外储存能，其中外储存能是指()。[2008年真题]A.宏观动能＋重力位能B.宏观动能＋流动功C.宏观动能＋容积功D.容积功＋流动功正确答案：A参考解析：系统具有的总能量称系统储存能，用E表示。系统储存能可分为内部储存能与外部储存能两部分。系统内部由于分子、原子等微观粒子热运动所具有的能量为内部储存能，又称热力学能U。系统整体宏观运动的动能Ek和重力位能Ep为外部储存能。[单选题]9.工质进行1—2过程，做功50kJ/kg和吸热15kJ/kg；如恢复初态时，吸热50kJ/kg，则做功()。[2018年真题]A.5kJ/kgB.15kJ/kgC.30kJ/kgD.45kJ/kg正确答案：B参考解析：由题意可得，当工质进行1—2过程，吸热Q1＝15kJ/kg，做功W1＝50kJ/kg，代入公式Q1＝ΔU1＋W1，解得：ΔU1＝－35kJ/kg。由于热力学能U为状态参数，则当系统恢复初态时，ΔU1＋ΔU2＝0，解得：ΔU2＝－ΔU1＝35kJ/kg。工质吸热Q2＝50kJ/kg，代入公式Q2＝ΔU2＋W2，则做功W2＝Q2－ΔU2＝15kJ/kg。[单选题]10.系统经一热力过程，放热9kJ，对外做功27kJ。为使其返回原状态，若对系统加热6kJ，需对系统做功()kJ。[2007年真题]A.42B.27C.30D.12正确答案：C参考解析：热力学第一定律表达式为：Q＝ΔU＋W。由题意可得，热量Q1＝－9kJ，做功W1＝27kJ，则内能变化ΔU1＝Q1－W1＝－9－27＝－36kJ。内能为状态参数，仅与初末状态有关，为使其返回原状态，则内能总变化为0，逆过程需满足ΔU2＝－ΔU1＝36kJ。当对系统加热6kJ即Q2＝6kJ时，则做功W2＝Q2－ΔU2＝6－36＝－30kJ。符号为负号，说明外界对系统做功30kJ。[单选题]11.某理想气体吸收3349kJ的热量而作定压变化。设定容比热容为0.741kJ/（kg·K），气体常数为0.297kJ/（kg·K），此过程中气体对外界做容积功()kJ。[2008年真题]A.858B.900C.245D.958正确答案：D参考解析：已知理想气体的定容比热容cv，由迈耶公式cp－cv＝Rg可以求得定压比热容cp＝Rg＋cv＝0.297＋0.741＝1.038kJ/（kg·K）。由于该过程为定压过程，技术功wt＝－vdp＝0，因此热量q＝Δh＋wt＝Δh＝cp（T2－T1），温度变化ΔT＝T2－T1＝q/cp＝3349/1.038＝3226.4K，则此过程对外界做的容积功为：w＝q－Δu＝q－cv（T2－T1）＝3349－0.741×3226.4＝958.2kJ。计算结果与D项最接近，因此答案选择D。[单选题]12.某闭口系统吸热100kJ，膨胀做功30kJ，同时由摩擦而耗功15kJ为系统内吸收，则该系统的内能变化为()。[2013年真题]A.85kJB.70kJC.55kJD.45kJ正确答案：A参考解析：闭口系统热力学第一定律，即能量守恒定律，表达式为：Q＝ΔU＋W。Q和W分别表示一闭口系统在与外界相互作用的过程中，通过边界传递的热量和功；ΔU为系统热力学能的变化量。本题中，热量Q＝100kJ，做功W＝30－15＝15kJ，则该系统的内能为：ΔU＝Q－W＝100－15＝85kJ。[单选题]13.气体在某一过程中放出热量100kJ，对外界做功50kJ，其内能变化量是()kJ。[2009年真题]A.－150B.150C.50D.－50正确答案：A参考解析：热力学第一定律的公式为：Q＝ΔU＋W，式中：Q、W和ΔU符号的规定分别为工质吸热为正，放热为负；工质对外做功为正，外界对工质做功为负；系统的热力学能增加为正，反之为负。由题意可得，热量Q＝－100kJ，对外界做功W＝50kJ，系统内能的变化量ΔU＝Q－W＝－100－50＝－150kJ。[单选题]14.有一流体以3m/s的速度通过7.62cm直径的管路进入动力机，进口处的焓为2558.6kJ/kg，内能为2326kJ/kg，压力为P1＝689.48kPa，而在动力机出口处的焓为1395.6kJ/kg。若过程为绝热过程，忽略流体动能和重力位能的变化，该动力机所发出的功率是()kW。[2005年真题]A.4.65B.46.5C.1163D.233正确答案：B参考解析：比焓h与内能u的关系式为：h＝u＋pv。则进口处的比体积的计算公式为：v1＝（h1－u1）/p＝（2558.6－2326）/689.48＝0.337m3/kg。进口处的质量流量m的计算公式为：m＝V/v1＝（vπd2/4）/v1＝（3×3.14×0.07622/4）/0.337＝0.04kg/s。由于该过程为绝热过程，且忽略流体动能和重力位能的变化，则单位质量流体经过动力机所做的功w＝h1－h2＝2558.6－1395.6＝1163kJ/kg。因此，该动力机所发出的功率为：W＝mw＝0.04×1163＝46.5kW。[单选题]15.某物质的内能只是温度的函数，且遵守关系式：U＝125＋0.125tkJ，此物质的温度由100℃升高到200℃。温度每变化1℃所做的功δw/δt＝0.460kJ/℃，此过程中该物质与外界传递的热量是()kJ。[2006年真题]A.57.5B.58.5C.50.5D.59.5正确答案：B参考解析：热力学第一定律应用于控制质量时的表达式为：Q＝ΔU＋W。则在该过程中内能的变化ΔU＝U2－U1＝（12.5＋0.125t2）－（12.5＋0.125t1）＝0.125×（t2－t1）＝0.125×（200－100）＝12.5kJ。该过程中功的变化为：则该物质与外界传递的热量为：Q＝ΔU＋W＝12.5＋46＝58.5kJ。[单选题]16.开口系统能量方程δq＝dh＋δwt，下列δwt等式中不正确的是()。[2019年真题]A.δwt＝－vdpB.δwt＝δws－vdpC.δwt＝δq－dhD.δwt＝δws＋dep＋dek正确答案：B参考解析：ABD三项，技术功wt为动能ek与位能ep和轴功ws的合称，则δwt＝δws＋dep＋dek＝－vdp。C项，开口系统能量方程δq＝dh＋δwt，则δwt＝δq－dh。[单选题]17.技术功δwt＝δws＋δep＋δek＝－vdp适用条件为()。[2016年真题]A.闭口系统可逆过程B.稳态稳流开口系统可逆过程C.非稳态稳流开口系统可逆过程D.动能和势能为零时的闭口系统正确答案：B参考解析：存在过程方程和不存在任何耗散效应是可逆过程充要条件，开口系统是与外界之间存在物质传递的系统，闭口系统是与外界之间没有物质传递的系统，稳态流动指控制容积内任一点的状态参数和流速都不随时间而变化。热力过程中可被直接利用来做功的能量，统称为技术功。稳态稳流开口系统中，轴功ws指通过控制容积边界的功，δws＝δw－δ（pv）－δep－δek；技术功wt为轴功ws、动能ek和位能ep之和，即δwt＝δws＋δep＋δek。当该过程为可逆过程或准静态过程，δwt＝－vdp。因此δwt＝δws＋δep＋δek＝－vdp，适用条件为稳态稳流开口系统可逆过程。[单选题]18.热力学第一定律单个入口和单个出口系统表达式δq＝dh－vdρ使用的条件为()。[2013年真题]A.稳定流动，微元，可逆过程B.稳定流动，微元，准静态过程C.理想气体，微元，可逆过程D.不计动能和势能，微元，可逆过程正确答案：A参考解析：焓是工质流经开口系统中的能量总和，在闭口系统中焓没有实际意义。稳定流动指控制容积内任一点的状态参数和流速都不随时间而变化。h为比焓，q为单位工质获得的热量，v为比容，该系统表达式δq＝dh－vdp均为微元，进出质量相等，而且没有与时间有关的量，因此是稳定流动。热力学第一定律在开口系统中的表达式为：δq＝dh＋δwt。其中，可逆过程的技术功δwt＝－vdp。因此δq＝dh－vdp使用条件为稳定流动，微元，可逆过程。[单选题]19.在正向循环中，输入热能Q1，经过热机转化成功W，同时向环境释放热能Q2，功能关系满足()。[2019年真题]A.W＜Q1；Q2＞0B.W＜Q1；Q2＝0C.W＞Q1－Q2D.W＜Q1；四周维持恒定的一个温度数值正确答案：A参考解析：正向循环中，工质吸热Q1，放热Q2，做功W＝Q1－Q2。因此，功W＜Q1，Q1＞Q2＞0。由于向环境释放热量Q2，因此四周的温度会上升。[单选题]20.对于热泵循环，输入功W，可以在高温环境放出热量Q1，在低温环境得到热量Q2，下列关系中不可能存在的是()。[2012年真题]A.Q2＝WB.Q1＞W＞Q2C.Q1＞Q2＞WD.Q2＞Q1＞W正确答案：D参考解析：根据热力学第一定律，热泵循环向高温环境放出的热量Q1等于输入的功W和在低温环境得到的热量Q2之和，即Q1＝W＋Q2。由于输入功W＞0，故不可能存在Q2＞Q1。[单选题]21.下列有关热力学第一定律的解读中，()是不正确的。A.系统具有的热力学能属于热能，因此，工质系统可以只依靠本身的热力学能不断做功B.在孤立系统中，能量的总量保持不变C.第一类永动机是不可能实现的D.热机的热效率不可能大于1正确答案：A参考解析：热力学第一定律可以表述为“机械能可以变为热能，热能也可以变为机械能，在转换中能量总数不变”，又表述为“第一类永动机是造不成的”或“热机的效率不可能大于1”。当考察热能与机械能互相转换的过程时，如果把系统与外界合在一起看作孤立系统，热力学第一定律又可以表述为“在孤立系统内，能量的总量保持不变”。因此，第一类永动机是不可能实现，工质系统不能只依靠本身的热力学能不断做功，需要消耗机械能，热机的效率永远小于1。[单选题]22.下列关于内能的表述不正确的是()。A.内能是指储存于系统内部的能量B.内能的变化与过程路径无关C.内能包括内动能、内位能和维持一定分子结构的化学能等D.工质经循环变化后，内能的变化不一定为零正确答案：D参考解析：热力学能（内能）为状态量，是指储存于系统内部的能量，内能的变化与路径无关，状态参数经一个循环后变化量为零，内能为状态参数，则工质经循环变化后，内能的变化一定为零，即。[单选题]23.热力学第一定律基本表达式写成δq＝cvdt＋pdv的形式的适用条件为()。A.闭口系统、可逆过程B.理想气体、稳定流动开口系统C.理想气体、闭口系统、可逆过程D.理想气体、闭口系统正确答案：C参考解析：对于闭口系统，热力学第一定律微元表达式为：δq＝du＋δw；对于稳定流动开口系统，热力学第一定律微元表达式为：δq＝dh＋δwt；对于理想气体，热力学第一定律微元表达式为：du＝cvdt或dh＝cpdt；对可逆过程，热力学第一定律微元表达式为：δw＝pdv或δwt＝－vdp。则δq＝cvdt＋pdv的适用条件为理想气体、闭口系统、可逆过程。[单选题]24.气体在某一过程中吸入了100kJ的热量，同时内能增加了150kJ，该过程是()。A.膨胀过程B.压缩过程C.定容过程D.均不是正确答案：B参考解析：热力学第一定律的表达式为：Q＝ΔU＋W。该过程中，热量Q＝100kJ，内能ΔU＝150kJ，则膨胀功W＝Q－ΔU＝100－150＝－50kJ＜0，负号说明此过程外界对气体做功，为压缩过程。[单选题]25.有一闭口系统沿过程a从状态1变化到状态2，又从状态2沿另一过程b回到状态1。如果已知系统在1－a－2过程中向外界吸收热量10kJ，外界在2－b－1过程中对系统做压缩功8kJ而系统向外界放热9kJ，那么，系统在1－a－2过程中对外界做功为()。A.8kJB.11kJC.9kJD.6kJ正确答案：C参考解析：热力学第一定律基本表达式为：Q＝ΔU＋W。由题意可得，2－b－1过程中，做功W2b1＝－8kJ，热量Q2b1＝－9kJ，则热力学能