【正文】 范圍內(nèi)，可以這么說。工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵的絕對(duì)零點(diǎn)均為絕對(duì)零度（0K），但是目前物理學(xué)研究成果表明，即使絕對(duì)零度，工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵也不準(zhǔn)確為零，在絕對(duì)零度，物質(zhì)仍有零點(diǎn)能，由海森堡測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系確定。（熱力學(xué)第三定律可以表述為，絕對(duì)零度可以無限接近，但永遠(yuǎn)不可能達(dá)到。）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（p=101325Pa，T=）。（p=101325Pa，T=）、（p=101325Pa，T=），水的三相點(diǎn)，等等。9．氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及s0的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)？標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)10．在圖315所示的T–s圖上任意可逆過程1–2的熱量如何表示？理想氣體1和2狀態(tài)間熱力學(xué)能變化量、焓變化量能否在圖上用面積表示？若1–2經(jīng)過的是不可逆過程又如何？曲線12下的曲邊梯形面積就是任意可逆過程1–2的熱量。dQ=TdS沿過程的積分。Q=DU+W，所以DU=Q–W。不可逆過程傳熱量不能用曲邊梯形面積表達(dá)，但是熱力學(xué)能和焓還可以用原方式表達(dá)，因?yàn)闊崃W(xué)能和焓都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過程路徑無關(guān)。T0s12p=0pv1 2U11．理想氣體熵變計(jì)算式（339）、（341）、（343）等是由可逆過程導(dǎo)出，這些計(jì)算式是否可以用于不可逆過程初、終態(tài)的熵變？為什么？可以。熵是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過程路徑無關(guān)。12．熵的數(shù)學(xué)定義式為ds=dq/T，又dq=cdT，故ds=(cdT)/T。因理想氣體的比熱容是溫度的單值函數(shù)，所以理想氣體的熵也是溫度的單值函數(shù)，這一結(jié)論是否正確？若不正確，錯(cuò)在何處？不正確。錯(cuò)在c不是狀態(tài)參數(shù)，與過程有關(guān)。是溫度單值函數(shù)的是定過程比熱。13．試判斷下列各說法是否正確：（1）氣體吸熱后熵一定增大；（2）氣體吸熱后溫度一定升高；（3）氣體吸熱后熱力學(xué)能一定增加；（4）氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功；（5）氣體壓縮時(shí)一定耗功。（1）正確；（2）不正確；（3）不正確；（4）正確；（5）正確。14．氮、氧、氨這樣的工質(zhì)是否和水一樣也有飽和狀態(tài)的概念，也存在臨界狀態(tài)？是的。幾乎所有的純物質(zhì)（非混合物）都有飽和狀態(tài)的概念，也存在臨界狀態(tài)。此外的物質(zhì)性質(zhì)更為復(fù)雜。15．水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是不是唯一確定的？三相點(diǎn)與臨界點(diǎn)有什么差異？水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是唯一確定的，這一點(diǎn)由吉布斯相律確認(rèn)：對(duì)于多元（如k個(gè)組元）多相（如f個(gè)相）無化學(xué)反應(yīng)的熱力系，其獨(dú)立參數(shù)，即自由度n = k–f + 2。三相點(diǎn)：k =1，f = 3，故n = 0。三相點(diǎn)是三相共存點(diǎn)，在該點(diǎn)發(fā)生的相變都具有相變潛熱。臨界點(diǎn)兩相歸一，差別消失，相變是連續(xù)相變，沒有相變潛熱。三相點(diǎn)各相保持各自的物性參數(shù)沒有巨大的變化，臨界點(diǎn)的物性參數(shù)會(huì)產(chǎn)生巨大的峰值變化。三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)是蒸汽壓曲線的兩個(gè)端點(diǎn)。三相點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)，臨界點(diǎn)不容易實(shí)現(xiàn)。16．水的汽化潛熱是否是常數(shù)？有什么變化規(guī)律？水的汽化潛熱不是常數(shù)，三相點(diǎn)汽化潛熱最大，隨著溫度和壓力的提高汽化潛熱逐漸縮小，臨界點(diǎn)處汽化潛熱等于零。17．水在定壓汽化過程中，溫度保持不變，因此，根據(jù)q=Du+w，有人認(rèn)為過程中的熱量等于膨脹功，即q=w，對(duì)不對(duì)？為什么？不對(duì)。Du=cvDT是對(duì)單相理想氣體而言的。水既不是理想氣體，汽化又不是單相變化，所以q=w的結(jié)論是錯(cuò)的。18．有人根據(jù)熱力學(xué)第一定律解析式dq=dh–vdp和比熱容的定義c=，所以認(rèn)為是普遍適用于一切工質(zhì)的。進(jìn)而推論得出水定壓汽化時(shí)，溫度不變，因此其焓變量=0。這一推論錯(cuò)誤在哪里？c=是針對(duì)單相工質(zhì)的，不適用于相變過程。第四章氣體和蒸汽的基本熱力過程1．試以理想氣體的定溫過程為例，歸納氣體的熱力過程要解決的問題及使用方法。要解決的問題：揭示過程中狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，揭示熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換情況，找出其內(nèi)在規(guī)律及影響轉(zhuǎn)化的因素。在一定工質(zhì)熱力性質(zhì)的基本條件下，研究外界條件對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響，從而加以利用。使用的方法：分析典型的過程。分析理想氣體的定值的可逆過程，即過程進(jìn)行時(shí)限定某一參數(shù)不發(fā)生變化。分析步驟1) 建立過程方程式；2) 找出（基本）狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，確定不同狀態(tài)下參數(shù)之間的關(guān)系；3) 求出能量參數(shù)的變化（過程功、技術(shù)功、熱力學(xué)能、焓、熵、傳熱量等等）；4) 畫出過程變化曲線（在Ts圖、pv圖上）。2．對(duì)于理想氣體的任何一種過程，下列兩組公式是否都適用？Du=cv(t2–t1)，Dh=cp(t2–t1)；q=Du=cv(t2–t1)，q=Dh=cp(t2–t1)第一組都適用，第二組不適用。第二組第一式只適用于定容過程，第二式只適用于定壓過程。3．在定容過程和定壓過程中，氣體的熱量可根據(jù)過程中氣體的比熱容乘以溫差來計(jì)算。定溫過程氣體的溫度不變，在定溫膨脹過程中是否需要對(duì)氣體加入熱量？如果加入的話應(yīng)如何計(jì)算？需要加入熱量。q=Du+w, 對(duì)于理想氣體，q=w=或q=Dh+wt, 對(duì)于理想氣體，q =wt=。4．過程熱量q和過程功w都是過程量，都和過程的途徑有關(guān)。由理想氣體可逆定溫過程熱量公式q=可知，只要狀態(tài)參數(shù)pv1和v2確定了，q的數(shù)值也確定了，是否可逆定溫過程的熱量q與途徑無關(guān)？“可逆定溫過程”已經(jīng)把途徑規(guī)定好了，此時(shí)談與途徑的關(guān)系沒有意義。再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍，過程熱量q和過程功w都是過程量，都和過程的途徑有關(guān)。5．閉口系在定容過程中外界對(duì)系統(tǒng)施以攪拌功dw，問這時(shí)dQ=mcvdT是否成立？不成立。攪拌功dw以機(jī)械能形式通過系統(tǒng)邊界，在工質(zhì)內(nèi)部通過流體內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔瑥亩鴮?dǎo)致溫度和熱力學(xué)能升高。dQ是通過邊界傳遞的熱能，不包括機(jī)械能。6．絕熱過程的過程功w和技術(shù)功wt的計(jì)算式w=u1–u2，wt=h1–h2是否只適用于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過程？為什么？?jī)墒絹碓从跓崃W(xué)第一定律的第一表達(dá)式和第二表達(dá)式，唯一條件就是絕熱q=0，與是否理想氣體無關(guān)，且與過程是否可逆也無關(guān)，只是必須為絕熱過程。7題圖7．試判斷下列各種說法是否正確？(1) 定容過程即無膨脹（或壓縮）功的過程；(2) 絕熱過程即定熵過程；(3) 多變過程即任意過程。答：(1) 定容過程即無膨脹（或壓縮）功的過程； ——正確。(2) 絕熱過程即定熵過程； ——錯(cuò)誤，可逆絕熱過程是定熵過程，不可逆絕熱過程不是定熵過程。(3) 多變過程即任意過程。 ——錯(cuò)誤，右圖中的過程就不是多變過程。8．參照?qǐng)D417，試證明：q123185。 q143。圖中1–4–3各為定容過程，1–2–3各為定壓過程。證明：q123=q12+q23，q143= q14+ q43q12= cv(T2–T1)，q23= cp(T3–T2)= cv(T3–T2)+R(T3–T2)，p 2 3 1 4O v圖417q43= cv(T3–T4)，q14= cp(T4–T1) = cv(T4–T1)+R(T4–T1)。\ q123=q12+q23= cv(T2–T1)+ cv(T3–T2)+R(T3–T2) = cv(T3–T1)+R(T3–T2)q143= q14+ q43= cv(T4–T1)+R(T4–T1)+cv(T3–T4)= cv(T3–T1)+R(T4–T1)于是 q123–q143= R(T3–T2)–R(T4–T1)=R[(T4–T1)–(T4–T1)]= R(–1)(T4–T1)0所以，q123185。 q143，證畢。p b Tb Tc a cO v圖418題解p b a cO v圖4189．如圖418所示，今有兩個(gè)任意過程a–b及a–c，b點(diǎn)及c點(diǎn)在同一條絕熱線上，(1) 試問Duab與Duac哪個(gè)大？(2) 若b點(diǎn)及c點(diǎn)在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？依題意，TbTc，所以DuabDuac。若b點(diǎn)及c點(diǎn)在同一條定溫線上，則Duab=Duac。10．理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術(shù)功能否推廣到任意氣體？從熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式和第二表達(dá)式來看，膨脹功和技術(shù)功分別等于w=q–Du和wt=q–Dh，非理想氣體的Du和Dh不一定等于零，也不可能相等，所以理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術(shù)功不能推廣到任意氣體。11．下列三式的使用條件是什么？p2v2k=p1v1k，T1v1k1=T2v2k1，T1=T2使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過程。12．T–s圖上如何表示絕熱過程的技術(shù)功wt和膨脹功w？p=0v=0—v和T—s圖上如何判斷過程q、w、Du、Dh的正負(fù)。通過過程的起點(diǎn)劃等容線（定容線），過程指向定容線右側(cè)，系統(tǒng)對(duì)外作功，w0；過程指向定容線左側(cè)，系統(tǒng)接收外功，w0。通過過程的起點(diǎn)劃等壓線（定壓線），過程指向定壓線下側(cè)，系統(tǒng)對(duì)外輸出技術(shù)功，wt0；過程指向定壓線上側(cè)，系統(tǒng)接收外來技術(shù)功，wt0。通過過程的起點(diǎn)劃等溫線（定溫線），過程指向定溫線下側(cè)，Du0、Dh0；過程指向定溫線上側(cè)，Du0、Dh0。通過過程的起點(diǎn)劃等熵線（定熵線），過程指向定熵線右側(cè)，系統(tǒng)吸收熱量，q0；過程指向定熵線左側(cè)，系統(tǒng)釋放熱量，q0。vsv, n→177?！辮, n=0p, n=0T, n=1T, n=1s, n=ks, n=kv, n→177。∞ AApT，說明水蒸氣的熱力過程與理想氣體的熱力過程的分析計(jì)算有什么異同？相同點(diǎn)：都是首先確定起始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)，然后在計(jì)算過程的作功量等數(shù)據(jù)。計(jì)算過程中，始終要符合熱力學(xué)第一定律。不同點(diǎn)：理想氣體的計(jì)算是依靠理想氣體狀態(tài)方程以及功和熱量的積分計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算，而水蒸氣是依靠查圖查表進(jìn)行計(jì)算。15. 實(shí)際過程都是不可逆的，那么本章討論的理想可逆過程有什么意義？理想可逆過程是對(duì)實(shí)際過程的近似和抽象，實(shí)際過程過于復(fù)雜不易于分析，通過理想可逆過程的分析以及根據(jù)實(shí)際過程進(jìn)行適當(dāng)修正，可以了解實(shí)際過程能量轉(zhuǎn)換變化情況，以及如何向理想可逆過程靠近以提高相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。第5章 熱力學(xué)第二定律51熱力學(xué)第二定律能否表達(dá)為：“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮埽鵁崮懿豢赡苋孔優(yōu)闄C(jī)械能?！边@種說法有什么不妥當(dāng)？答：熱能不是不可能全部變成機(jī)械能，如定溫過程就可以。但想要連續(xù)地將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能則是不可能的。52理想氣體進(jìn)行定溫膨脹時(shí)，可從單一恒溫?zé)嵩次氲臒崃?，將之全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?duì)外輸出，是否與熱力學(xué)第二定律的開爾文敘述有矛盾？提示：考慮氣體本身是否有變化。答：理想氣體進(jìn)行定溫膨脹時(shí)，壓力不斷降低，體積越來越大。當(dāng)壓力低到外界壓力時(shí)，就不能再繼續(xù)降低了，過程也就停止了。熱力學(xué)第二定律的開爾文敘述的內(nèi)容是：不可能制造出從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)（第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制造成功的。） 一方面壓力降低，體積增大就是變化；另一方面，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)要求連續(xù)工作，而定溫過程做不到。所以，這個(gè)過程與熱力學(xué)第二定律無矛盾。53自發(fā)過程是不可逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程，這一說法是否正確？答：錯(cuò)。“非自發(fā)過程必為可逆過程?！钡恼f法完全錯(cuò)誤，非自發(fā)過程需付出代價(jià)（更強(qiáng)的自發(fā)過程）才能實(shí)現(xiàn)，可逆過程則是一種實(shí)際上不存在的理想過程，兩者之間沒有什么關(guān)系。54請(qǐng)給“不可逆過程”一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x。請(qǐng)歸納熱力過程中有哪幾種不可逆因素？答：各種不可逆因素總可以表示為將機(jī)械能耗散為熱能，例如溫差傳熱，卡諾說：凡是有溫度差的地方都可以產(chǎn)生動(dòng)力。因此，溫差傳熱使得本可以作出的功沒有作出，這就相當(dāng)于將機(jī)械能耗散為熱能。凡是最終效果都可以歸結(jié)為使機(jī)械能耗散為熱能的過程都是不可逆過程。熱力過程中的不可逆因素有功熱轉(zhuǎn)換、有限溫差傳熱、自由膨脹、混合過程、電阻等等。55 試證明熱力學(xué)第二定律的各種說法的等效性：若克勞修斯說法不成立，則開爾文說法也不成立。答：熱力學(xué)第二定律的各種說法都是等效的，可以證明它們之間的等效性。Q1T1T2T2T1Q2Q2Q12WW0REE圖41 圖42如圖4–1所示，某循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)E自高溫?zé)嵩碩1吸熱Q1，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能W0，其余部分Q2=Q1–W0排向低溫?zé)嵩碩2，如果可以違反克勞修斯說法，即熱量Q2可以不花代價(jià)地自低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩?，如圖中虛線所示那樣，則總的結(jié)果為高溫?zé)嵩词崮?Q1–Q2)，循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了相應(yīng)的機(jī)械能W0，而低溫?zé)嵩床o變化，相當(dāng)于一臺(tái)從單一熱源吸熱而作功的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。所以，違反克勞修斯說法必然違反開爾文說法，類似地，違反開爾文說法也必然違反克勞修斯說法，兩種說法完全等價(jià)（圖42）。56下列說法是否有錯(cuò)誤：（1）循環(huán)凈功Wnet愈大則循環(huán)熱效率愈高；（2）不可逆循環(huán)熱效率一定小于可逆循環(huán)熱效率；（3）可逆循環(huán)熱效率都相等。（1） 錯(cuò)。（2） 錯(cuò)。應(yīng)當(dāng)是在同樣的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g。否則沒有比較基礎(chǔ)。（3） 錯(cuò)。應(yīng)當(dāng)是在同樣的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g。否則沒有比較基礎(chǔ)。57循環(huán)熱效率公式：和是否完全相同？各適用于哪些場(chǎng)合？答：不同。前者適用于一般的循環(huán)（可逆和不可逆循環(huán)），后者僅適用于在兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g工作的可逆循環(huán)。（第三版58題）不違反。它是依賴于壓力差作功的。58下述說法是否正確：（1）熵增大的過程必定為吸熱過程；（2）熵減小的過程必為放熱過