11 热力学第二定律习题详解.doc

习题十一 一、选择题 1．你认为以下哪个循环过程是不可能实现的 [ ] （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：由热力学第二定律可知，单一热源的热机是不可能实现的，故本题答案为D。 2．甲说：由热力学第一定律可证明，任何热机的效率不能等于1。乙说：热力学第二定律可以表述为效率等于100%的热机不可能制成。丙说：由热力学第一定律可以证明任何可逆热机的效率都等于。丁说：由热力学第一定律可以证明理想气体可逆卡诺热机的效率等于 。对于以上叙述，有以下几种评述，那种评述是对的 [ ] （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一定律，由此可以判断A、C选择错误。乙的说法是对的，这样就否定了B。丁的说法也是对的，由效率定义式，由于在可逆卡诺循环中有，所以理想气体可逆卡诺热机的效率等于。故本题答案为D。 3．一定量理想气体向真空做绝热自由膨胀，体积由增至，此过程中气体的 [ ] （A）内能不变，熵增加； （B）内能不变，熵减少； （C）内能不变，熵不变； （D）内能增加，熵增加。 答案：A 解：绝热自由膨胀过程，做功为零，根据热力学第一定律，系统内能不变；但这是不可逆过程，所以熵增加，答案A正确。 4．在功与热的转变过程中，下面的那些叙述是正确的？[ ] （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可能达到可逆卡诺机的效率，可逆卡诺机的效率最高； （C）热量不可能从低温物体传到高温物体； （D）绝热过程对外做正功，则系统的内能必减少。 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可逆热机，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况下的热机的效率；（C）热量不可能自动地从低温物体传到高温物体，而不是说热量不可能从低温物体传到高温物体。故答案D正确。 5．下面的那些叙述是正确的？[ ] （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）任何系统的熵一定增加； （C）有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量，但无规则运动的能量不能够变为有规则运动的能量； （D）以上三种说法均不正确。 答案：D 解：（A）两物体A、B的温度分别为、，且，两物体接触后，热量从A 传向B，经历这个传热过程的熵变为，因此两个物体温度差值越大，熵变越大，对传热越不利；(B)孤立系统的熵一定增加，而如果一个系统与外界有物质或者能量的交换，该系统的熵可以减少，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，而热寂态则不会出现；（C）热机可以将热能变为机械功，这就是将无规则运动的能量变为有规则运动的能量。故本题答案为D。 6． 一摩尔单原子理想气体从初态(、、)准静态绝热压缩至体积为，其熵[ ] （A）增大； （B）减小； （C）不变； （D）不能确定。 答案：C 解：准静态过程是可逆过程，又是绝热过程，，C正确。 二、填空题 1． 一热机每秒从高温热源（K）吸取热量J，做功后向低温热源（K）放出热量J，它的效率是 ，它 可逆机（填“是”或者“不是”），如果尽可能地提高热机的效率，每秒从高温热源吸热J，则每秒最多能做功 。 答案：37.4%；不是；。 解：（1），， ，根据卡诺定理可知，该热机不是可逆热机。 （2）根据卡诺定理，工作在相同高温热源和相同低温热源之间的一切热机，其最大效率为，所以最多能做的功为 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，然后浸入一大桶的水中。在这冷却过程中铁的熵变为 。 答案： 解：设想一可逆冷却过程，则熵变为 3．在冬日一房子的散热的速率为，设室内温度为，室外温度为，这一散热过程产生熵的速率为 。 答案：。 解： 三、计算题 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，300m深层水温约。（1）在这两个温度之间工作的卡诺热机的效率多大？（2）如果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热？（3）此电站获得的机械功和排除的废热均来自的水冷却到所放出的热量，问此电站每小