第十三章习题热力学第一定律及其应用1、如图所示,一定量理想气体从体积V1,膨胀到体积V2分别经历的过程是:A→B等压过程,A→C等温过程;A→D绝热过程,其中吸热量最多的过程。
2、一定量的理想气体,分别经历如图(1) 所示的abc过程,(图中虚线ac为等温线),和图(2) 所示的def过程(图中虚线df为绝热线).判断这两种过程是吸热还是放热.abc过程热,def过程热.3、如图所示,一绝热密闭的容器,用隔板分成相等的两部分,左边盛有一定量的理想气体,压强为p0,右边为真空.今将隔板抽去,气体自由膨胀,当气体达到平衡时,气体的压强是。
(=γC p/C V)4、一定量理想气体,从同一状态开始使其体积由V1膨胀到2V1,分别经历以下三种过程:(1) 等压过程;(2) 等温过程;(3)绝热过程.其中:__________过程气体对外作功最多;____________过程气体内能增加最多;__________过程气体吸收的热量最多.答案1、是A-B吸热最多。
2、abc过程吸热,def过程放热。
3、P0/2。
4、等压,等压,等压VV理想气体的功、内能、热量1、有两个相同的容器,容积固定不变,一个盛有氦气,另一个盛有氢气(看成刚性分子的理想气体),它们的压强和温度都相等,现将5J 的热量传给氢气,使氢气温度升高,如果使氦气也升高同样的温度,则应向氨气传递热量是 。
2、 一定量的理想气体经历acb 过程时吸热500 J .则经历acbda 过程时,吸热为 。
3、一气缸内贮有10 mol 的单原子分子理想气体,在压缩过程中外界作功209J ,气体升温1 K ,此过程中气体内能增量为 _____ ,外界传给气体的热量为___________________. (普适气体常量 R = 8.31 J/mol· K)4、一定量的某种理想气体在等压过程中对外作功为 200 J .若此种气体为单 原子分子气体,则该过程中需吸热_____________ J ;若为双原子分子气体,则 需吸热______________ J.5、 1 mol 双原子分子理想气体从状态A (p 1,V 1)沿p -V 图所示直线变化到状态B (p 2,V 2),试求: (1) 气体的内能增量. (2) 气体对外界所作的功. (3) 气体吸收的热量.(4) 此过程的摩尔热容.(摩尔热容C =T Q ∆∆/,其中Q ∆表示1 mol 物质在过程中升高温度T ∆时所吸收的热量.)p (×105 Pa)-3 m 3)p p p 126、如果一定量的理想气体,其体积和压强依照p a V /=的规律变化,其中a 为已知常量.试求: (1) 气体从体积V 1膨胀到V 2所作的功;(2) 气体体积为V 1时的温度T 1与体积为V 2时的温度T 2之比.7、 如图,器壁与活塞均绝热的容器中间被一隔板等分为两部分,其中左边贮有1摩尔处于标准状态的氦气(可视为理想气体),另一边为真空.现先把隔板拉开,待气体平衡后,再缓慢向左推动活塞,把气体压缩到原来的体积.求氦气的温度改变多少?答案1、3J2、-700J3、124.7 J ,-84.3 J4、500J ;700J5、解:(1) )(25)(112212V p V p T T C E V -=-=∆ (2) ))((211221V V p p W -+=, W 为梯形面积,根据相似三角形有p 1V 2= p 2V 1,则)(211122V p V p W -=. (3) Q =ΔE +W =3( p 2V 2-p 1V 1 ).(4) 以上计算对于A →B 过程中任一微小状态变化均成立,故过程中ΔQ =3Δ(pV ). 由状态方程得 Δ(pV ) =R ΔT , 故 ΔQ =3R ΔT ,摩尔热容 C =ΔQ /ΔT =3R .6、解:(1) d W = p d V = (a 2 /V 2 )d V)11()/(2122221V V a dV V a dW W V V -===⎰⎰(2) ∵ p 1V 1 /T 1 = p 2V 2 /T 2 ∴ T 1/ T 2 = p 1V 1 / (p 2V 2 ) 由 11/p a V =,22/p a V =得 p 1 / p 2= (V 2 /V 1 )2∴ T 1/ T 2 = (V 2 /V 1 )2 (V 1 /V 2) = V 2 /V 17、解:已知He 气开始时的状态为p 0、V 0、T 0、先向真空绝热膨胀:W = 0,Q = 0 → ∆E = 0 → ∆T = 0 ∴ T 1 = T 0,V 1 = 2V 0由 pV = RT 0121p p =5分 再作绝热压缩,气体状态由p 1、V 1、T 1,变为p 2、V 0、T 2 , γγγ)2(21001102V p V p V p == ∴ 0122p p -=γ 再由 000202//T V p T V p = 可得 0122T T -=γ 氦气 3/5=γ, 03/124T T =∴温度升高 03/102)14(T T T T -=-=∆T 0 = 273 K , ∆T = 160 K循环过程1、 如图表示的两个卡诺循环,第一个沿ABCDA 进行,第二个沿A D C AB ''进行,这两个循环的效率1η和2η的关系及这两个循环所作的净功W 1和W 2的关系是 η1 η2 ,W 1 W 22、 理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小(图中阴影部分)分别为S 1和S 2,则二者的大小关系是:3、如图,温度为T 0,2 T 0,3 T 0三条等温线与两条绝热线围成三个卡诺循环:(1) abcda ,(2) dcefd ,(3) abefa ,其效率分别为 η1_________,η2__________,η 3 __________.BAC DC 'D 'VppOV3T 02T 0T 0 fad b c e4、一卡诺热机(可逆的),低温热源的温度为27℃,热机效率为40%,其高温热源温度为_______ K .今欲将该热机效率提高到50%,若低温热源保持不变,则高温热源的温度应增加________ K .5、一卡诺热机(可逆的),当高温热源的温度为 127℃、低温热源温度为27℃时,其每次循环对外作净功8000 J .今维持低温热源的温度不变,提高高温热源温度,使其每次循环对外作净功 10000 J .若两个卡诺循环都工作在相同的两条绝热线之间,试求: (1) 第二个循环的热机效率;(2) 第二个循环的高温热源的温度.6、 1 mol 单原子分子理想气体的循环过程如T -V 图所示,其中c 点的温度为T c =600 K .试求:(1) ab 、bc 、c a 各个过程系统吸收的热量; (2) 经一循环系统所作的净功; (3) 循环的效率. (注:循环效率η=W /Q 1,W 为循环过程系统对外作的净功,Q 1为循环过程系统从外界吸收的热量ln2=0.693)答案 1、=;<2、S 1 = S 2.3、33.3% ; 50%; 66.7%4、500 ; 1005、解:(1) 1211211T T T Q Q Q Q W -=-==η 2111T T T W Q -= 且 1212T TQ Q =∴ Q 2 = T 2 Q 1 /T 1即 212122112T T T W T T T T T Q -=⋅-==24000 J 由于第二循环吸热 221Q W Q W Q +'='+'=' ( ∵ 22Q Q =') =''='1/Q W η29.4% (2) ='-='η121T T 425 K-3m 3)6、解:单原子分子的自由度i =3.从图可知,ab 是等压过程, V a /T a = V b /T b ,T a =T c =600 KT b = (V b /V a )T a =300 K (1) )()12()(c b c b p ab T T R i T T C Q -+=-= =-6.23×103 J (放热) )(2)(b c b c V bc T T R iT T C Q -=-= =3.74×103 J (吸热)Q ca =RT c ln(V a /V c ) =3.46×103 J (吸热) (2) W =( Q bc +Q ca )-|Q ab |=0.97×103 J (3) Q 1=Q bc +Q ca , η=W / Q 1=13.4%热力学第二定律0、关于可逆过程和不可逆过程的判断: (1) 可逆热力学过程一定是准静态过程. (2) 准静态过程一定是可逆过程. (3) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程. (4) 凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程. 以上四种判断,其中正确的是 。
1、根据热力学第二定律判断下列说法的正误: (A) 功可以全部转换为热,但热不能全部转换为功. ( ) (B) 热可以从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体 ( ) (C) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程.( ) (D) 一切自发过程都是不可逆的.( )2、热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述是等价的,表明在自然界中与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的,开尔文表述指出了___________________________的过程是不可逆的,而克劳修斯表述指出了________________的过程是不可逆的.3、所谓第二类永动机是指________________________________________, 它不可能制成是因为违背了________________________________________.答案0、(1)(4)是正确的。
1、⨯,⨯,⨯,√2、功变热;热传导3、从单一热源吸热,在循环中不断对外作功的热机;热力学第二定律。