第五章 水蒸汽的热力性质和热力过程.doc

工程热力学 第一章 基本概念 一．基本概念 系统：在热力学中，被人为的划分出来的研究对象称为热力系统，简称系统。 状态参数：描述系统宏观特性的物理量称为“系统的热力状态参数”，简称“状态参数”。 热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间而变化，则系统所处的状态称为热力学平衡态。 温度：表征物体冷热程度的物理量。 热平衡定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，这两个系统彼此之间必定处于热平衡。 温标：温度的数值表示法称为“温标”。 准平衡过程：如过此进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的每一个中间状态足够接近平衡，这样的过程称为准静态过程。 可逆过程：系统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。 循环：工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态，这种闭合过程称为“循环”。 可逆循环：全部由可逆循环组成的循环称为可逆循环。 不可逆循环：含有不可逆过程的循环称为不可逆循环。 二、习题 1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？ 不对。 不是不能恢复起初状态，而是不能自发的恢复初始状态。 2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度? 解： (1) t℃=T k-273.15 t℃=N°Ｎ+100 所以 N°Ｎ=T k-373.15 (2)当T=0 k时，代入上式得0 k为 N=-373.15°Ｎ 3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化? 解： 由题意得 P=Pb-Pv 则P1=0.1013-0.0917=0.0096 MPa P2=0.097-0.0874=0.0096 MPa 因为P1=P2；所以该真空造水设备的绝对压力没有变化。 4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。 （1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。 解：(1）交换的能力形式为：热量、物质。 (2)交换的能量形式为：热量、物质、 （3）此系统为孤立系统，与外界无能量交换。 5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。 （1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。 此过程不可逆。两块冰相互缓慢摩擦过程有耗散效应，耗散效应是不可逆因素。 （2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。 此过程不可逆。这种情况是有限温差下的热传递，热不可以自发的从低温物体传递到高温物体。 （3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。 此过程为可逆过程。 （4）100℃的水和15℃的水混合。 此过程不可逆。混合后，热量不可以自发的分开，产生100℃的水和15℃的水。热量不能自发的从低温物体传递到高温物体。 6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmHg。试求: 真空室以及I室和II室的绝对压力； 表C的读数； 圆筒顶面所受的作用力。 图1-2 解：(1)由题意可得真空室的压力为760mmHg -745mmHg =15 mmHg==2.0 kPa 所以真空室的压力为2.0 kPa。 Pg=P-Pb 所以1室和2室的绝对压力分别是P1=360kPa+2.0 kPa=362.0 kPa P2= P1-170kPa=192.0 kPa （2）表C的读数P3=P2-2.0=190.0 kPa （3）F=P*S ，P=101.325 kPa- 2.0 kPa=99.325 kPa， S=πr2=3.14*()=0.158m 所以圆筒顶面所受的作用力为15.693牛，方向向下。 热力学第一定律 一．基本概念 功：力与同方向位移的乘积。