热力学习题答案Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】第9章热力学基础一. 基本要求1. 理解平衡态、准静态过程的概念。

2. 掌握内能、功和热量的概念。

3. 掌握热力学第一定律，能熟练地分析、计算理想气体在各等值过程中及绝热过程中的功、热量和内能的改变量。

4. 掌握循环及卡诺循环的概念，能熟练地计算循环及卡诺循环的效率。

5. 了解可逆过程与不可逆过程的概念。

6. 解热力学第二定律的两种表述，了解两种表述的等价性。

7. 理解熵的概念，了解热力学第二定律的统计意义及无序性。

二. 内容提要1. 内能功热量内能从热力学观点来看，内能是系统的态函数，它由系统的态参量单值决定。

对于理想气体，其内能E仅为温度T的函数，即当温度变化ΔT时，内能的变化功热学中的功与力学中的功在概念上没有差别，但热学中的作功过程必有系统边界的移动。

在热学中，功是过程量，在过程初、末状态相同的情况下，过程不同，系统作的功A也不相同。

系统膨胀作功的一般算式为在p—V图上，系统对外作的功与过程曲线下方的面积等值。

热量热量是系统在热传递过程中传递能量的量度。

热量也是过程量，其大小不仅与过程、的初、末状态有关，而且也与系统所经历的过程有关。

2. 热力学第一定律系统从外界吸收的热量，一部分用于增加内能，一部分用于对外作功，即热力学第一定律的微分式为3. 热力学第一定律的应用——几种过程的A、Q、ΔE的计算公式（1）等体过程体积不变的过程，其特征是体积V =常量；其过程方程为在等体过程中，系统不对外作功，即0A。

等体过程中系统吸收的热量与系统内V能的增量相等，即(2) 等压过程压强不变的过程，其特点是压强p =常量；过程方程为在等压过程中，系统对外做的功系统吸收的热量 )(12T T C M MQ P mol P -=式中R C C V P +=为等压摩尔热容。

（3）等温过程 温度不变的过程，其特点是温度T =常量；其过程方程为pV =常量在等温过程中，系统内能无变化，即（4）绝热过程 不与外界交换热量的过程，其特点是dQ=0，其过程方程pV γ=常量在绝热过程中，系统对外做的功等于系统内能的减少，即7. 循环过程 系统从某一状态出发，经过一系列状态变化后又回到了初始状态的整个变化过程。

其特点是内能变化为零，即在循环过程中，系统吸收的净热量（吸收热量1Q 与放出热量2Q 之差。

注意这里及以后的2Q 均指绝对值）与系统对外做的净功（系统对外作的功1A 与外界对系统作的功2A 之差）相等，即若循环沿过程曲线的顺时针方向进行(称为热循环)，则其效率8. 卡诺循环 由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环，其效率习 题9-1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），它们的温度和压强都相等，现将5J的热量都传给氢气，使氢气温度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氦气传递的热量是：（A）6J （B）5J （C） 3J （D） 2J [ ]9-2一定量的某种理想气体起使温度为T，体积为V，该气体在下面循环过程中经过下列三个平衡过程：（1）绝热膨胀到体积为2V，（2）等容变化使温度恢复为T，（3）等温压缩到原来体积V，则此整个循环过程中（A）气体向外界放热。

（B）气体对外作正功。

（C）气体内能增加。

（D）气体内能减少。

[ ]9-3 一定量的理想气体经历acb过程时吸热200J，则经历acbda过程时吸热为（A）-1200J （B）-1000J Array（C）-700J （D）1000J[ ]9-4一定质量的理想气体完成一个循环过程，此过程在V—T图中用图线1→2→3→1描写，该气体在循环过程中吸热、放热的情况是（A）在1→2、3→1过程吸热，在2→3过程放热。

（B）在2→3过程吸热，在1→2，3→1过程放热。

（C）在1→2过程吸热，在2→3，3→1过程放热。

（D）在2→3，3→1过程吸热，在1→2过程放热。

[ ]9-5一定量的理想气体分别由初态a经1过程ab和由初态a′经2过程a′cb到达相同的终状态b，如P—T图所示，则两过程中气体从外界吸收的热量Q1、Q2的关系为（Ａ）Q1＜0，Q1＞Q2 （B）Q1 ＞0，Q1＞Q2（C）Q1＜0，Q1＜Q2 （D）Q1＞0，Q1＜Q2 ［］9-8设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n倍，则理想气体在一次卡诺循环中，传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的（A ）n 倍 （B ）n -1倍 （C ）n1倍 （D ）nn 1 倍 ［ ］9-10如图所示的两个卡诺循环，第一个沿A 、B 、C 、D 、A 进行，第二个沿A 、B 、C /、D 、A 进行，这两个循环的效率1和2的关系及这两个循环所作的净功A 1和A 2的关系是（A ）1=2，A 1=A 2（B ）1＞2，A 1=A 2 （C ）1=2，A １＞A 2 （D ）1=2，A １＜A 2［ ］9-14 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（A ）abc 过程吸热，def 过程放热（B ）abc 过程放热，def 过程吸热（C ）abc 过程和def 过程都吸热（D ）abc 过程和def 过程都放热 ［ ］9-15一定量的理想气体，从P—V图上初态a经历(1)或(2)过程到达末态b，已知a、b两态处于同一条绝热线上(图中虚线是绝热线)，问两过程中气体吸热还是放热（A）（1）过程吸热、（2）过程放热。

（B）（1）过程放热、（2）过程吸热。

（C）两种过程都吸热。

（D）两种过程都放热。

［］9-16对于室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所作的功与从外界吸收的热量之比A/Q等于（A）1/3 （B）1/4 （C）2/5 （D）2/7 ［］9-18理想气体在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S1和S2，则二者的大小关系是：（A）S1 S2（B）S1= S2（C）S1 S2（D ）不能确定 ［ ］9-22一气缸内贮有10mol 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1K ，此过程中气体内能增量为 ，外界传给气体的热量为 。

9-24一定量的某种理想气体在等压过程中对外作功为200J ，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 。

9-29刚性双原子分子理想气体在等压下膨胀所作的功为A ，则传给气体的热量为 。

9-32 一定量的某种理想气体进行如图所示的循环过程。

已知气体在状态A 的温度T A =300K ，求（1）气体在状态B 、C 的温度；（2）各过程中气体对外所作的功；（3）经过整个循环过程，气体从外界吸收的总热量（各过程吸热的代数和）。

9-33如图所示，abcda 为1mol 单原子分子理想气体的循环过程，求：（1）气体循环一次，在吸热过程中从外界共吸收的热量；（2）气体循环一次对外作的净功；（3）证明T a T c =T b T d 。

9-34一定量的单原子分子理想气体，从A 态出发经等压过程膨胀到B 态，又经绝热过程膨胀到C 态，如图所示。

试求：这全过程中气体对外所作的功，内能的增量以及吸收的热量。

9-36一定量的理想气体，从P —V 图上同一初态A 开始，分别经历三种不同的过程过渡到不同的末态，但末态的温度相同。

如图所示，其中A →C 是绝热过程，问（1）在A →B 过程中气体是吸热还是放热为什么（2）在A →D 过程中气体是吸热还是放热为什么9-37 一定量的某种理想气体，开始时处于压强、体积、温度分别为Pa P 60102.1⨯=，3301031.8m V -⨯=，T 0=300K ，的状态，后经过一等容过程，温度升高到T 1=450K ，再经过一等温过程，压强降到P=P 0的末态。

已知该理想气体的等压摩尔热容与等容摩尔热容之比35=VpC C 。

求：（1）该理想气体的等压摩尔热容C P 和等容摩尔热容C V 。

(2）气体从始态变到末态的全过程中从外界吸收的热量。

9-39一定量的某单原子分子理想气体装在封闭的气缸里，此汽缸有可活动的活塞（活塞与气缸壁之间无摩擦且无漏气）。

已知气体的初压强P 1=1atm ，体积V 1=1L ，现将该气体在等压下加热直到体积为原来的两倍，然后在等容下加热，到压强为原来的两倍，最后作绝热膨胀，直到温度下降到初温为止，试求：（1）在p —V 图上将整个过程表示出来。

（2）在整个过程中气体内能的改变。

（3）在整个过程中气体所吸收的热量。

（4）在整个过程中气体所做的功。

9-40一定量的理想气体，由状态a 经b 到达c 。

（如图，abc 为一直线）求此过程中（1）气体对外作的功。

（2）气体内能的增量。

（3）气体吸收的热量。

9-47 在-热力学中做功和“传递热量”有本质的区别，“作功” 是通过 来完成的；“传递热量” 是通过 来完成的。

9-48 如图所示，理想气体从状态A 出发经ABCDA 循环过程，回到初态A 点，则循环过程中气体净吸的热量为 。

答 案9-1 （C ） 9-2 （A ） 9-3 （B ） 9-4 （C ） 9-5 （B ） 9-8（C ）9-10 （D ） 9-14 （A ） 9-15（B ） 9-16 （D ） 9-18 （B ）9-22 ； 9-24 500； 700 9-29 2A 79-32 T C =100K ；T B =300K ；AB ：400J ；BC ：-200J ；CA ：0 ；200J9-33 800J ；100J 9-34 5109.14⨯=A J ；ΔE=0；5109.14⨯=Q J9-36 AB 过程中气体放热，AD 过程中气体吸热 9-37 R 25；R 23；41035.1⨯J9-39 （图略）E=0；2106.5⨯=Q J ；2106.5⨯==Q A J9-40 A= ；E=0 ；Q=9-47 宏观位移；分子间相互作用。

9-48 16208J热学（第8、9章）自测题一、 选择题：6.（本题3分）用公式T C E V ∆=∆ν（式中V C 为定容摩尔热容，视为常量，ν为气体摩尔数）计算理性气体内能增量时，此式（A ）只适用于准静态的等容过程。

(B) 只适用于一切等容过程。

(C) 只适用于准静态过程。

(D) 适用于一切始末态为平衡态的过程。

［ ］7.（本题3分）如图， bca 为理性气体绝热过程，b1a 和b2a 是任意过程，则上述两过程种气体做功与吸收热量的情况是：（A ） b1a 过程放热，做负功；b2a 过程放c 21热，做负功。