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第二章 思考题 绝热刚 性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴ 空气的热力学能如何变化？ ⑵ 空气是否作出了功？ ⑶ 能否在坐标图上表示此过程？为什么？ 答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2. 下列说法是否正确？ ⑴ 气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵ 气体被压缩时一定消耗外功。 对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 ⑶ 气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷ 气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸ 气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹ 对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n大于1，小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。 4. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？ 答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。 5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小：⑴ W12与W1a2； (2) ?U12 与 ?U1a2； (3) Q12与Q1a2 答：（1）W1a2大。 (2)一样大。 （3）Q1a2大。 6. 说明下列各式的应用条件： ⑴ 闭口系的一切过程 ⑵ 闭口系统的准静态过程 ⑶ 开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零 ⑷ 开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。 7. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关系？ 答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。 习 题 2-1 解： ，所以是压缩过程 2-2 解： 2-3 解： 2－4解：状态b和状态a之间的内能之差为： 所以，a-d-b过程中工质与外界交换的热量为： 工质沿曲线从b返回初态a时，工质与外界交换的热量为： 根据题中给定的a点内能值，可知b点的内能值为60kJ，所以有: 由于d-b过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b过程与外界交换的热量为： 所以a-d-b过程系统对外作的功也就是a-d过程系统对外作的功，故a-d过程系统与外界交换的热量为： 2－5 过程 Q kJ W kJ ?U kJ 1-2 1390 0 1390 2-3 0 395 -395 3-4 -1000 0 -1000 4-1 0 -5 5 2-5 解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量，即汽化潜热，所以有： 内能的变化为： 2-6 解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为： 当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为： 由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即： 根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为： 所以活塞上升的距离为： 由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为： 2-8 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为： 忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为： 所以带动此压气机所需的功率至少为： 2-9 解：是否要用外加取暖设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外界的热量，室内热源每小时产生的热量为： 小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3?105 kJ，所以必须外加取暖