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1. 热量和热力学能有什么区别?有什么联系?
答 :热量和热力学能是有明显区别的两个概念:热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量,
是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的;而热力学能指的是热力系部
大量微观粒子本身所具有的能量的总合,是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言
之 , 热 量 是 热 能 的 传 输 量 , 热 力 学 能 是 能 量 ? 的 储 存 量 。 二 者 的 联 系 可 由 热 力 学 第 一 定 律 表 达 式
q du pdv 看出;热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。
2. 如果将能量方程写为
q du pdv
或 q dh vdp
那么它们的适用围如何?
答:二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的部平衡过程。因为 u h pv ,
du d (h pv) dh pdv vdp 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv
即 q dh vdp 。
3. 能量方程 q d u pdv (变大 ) 与焓的微分式 dh d u d pv (变大 ) 很相像,为 什么热量 q不是状态参
数,而焓 h 是状态参数?
答:尽管能量方程 q du pdv 与焓的微分式 dh du d pv (变大 )似乎相象,但两者的数学本
质不同,前者不是全微分的形式,而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是,看该参数的循环积
分是否为零。对焓的微分式来说,其循环积分: dh du d ( pv)
蜒 ?
因为
?du 0 , ?d( pv) 0
所以
?dh 0 ,
因此焓是状态参数。
而对于能量方程来说,其循环积分:
蜒 q du ? pdv
虽然: ?du 0
但是: ? pdv 0
所以: ? q 0
因此热量 q 不是状态参数。
4. 用隔板将绝热刚性容器分成 A 、B两部分(图 2-13 ), A 部分装有 1 kg气体, B部分为高度真空。将隔板抽去
后,气体热力学能是否会发生变化?能不能用 q du pdv 来分析这一过程?
答:这是一个有摩擦的自由膨胀过程,相应的第一定律表达式为
q du dw 。 又 因 为 容 器 为 绝 热 、 刚 性 , 所 以 q 0 ,
w 0 ,因而 du 0 ,即 u2 u1,所以气体的热力学能在在膨
胀前后没有变化。
A B
如果用 q du pdv 来分析这一过程,因为 q 0 ,必
有 du pdv ,又因为是膨胀过程 dv 0 ,所以 du 0 ,即 图 2-13
u u 这与前面的分析得出的 u u 矛盾,得出这一错误结论的原因是自由膨胀是自由膨胀是一个非平
2 1 2 1
衡过程,不能采用 q du pdv 这个式子来进行分析,否则将要得到错误的结论。
5. 说明下列论断是否正确:
(1) 气体吸热后一定膨胀,热力学能一定增加;
(2) 气体膨胀时一定对外作功;
(3) 气体压缩时一定消耗外功。
答: (1)不正确:由 q du pdv 可知,当气体吸热全部变成对外作出的膨胀
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