点着 50盏 100 W的电灯。要使这个车间的温度维持不变，问每小时需供给多少
kJ的热量（单位换算关系可查阅附表10和附表11）？
[解] ： 为了维持车间里温度不变，必须满足能量平衡即
Q出 Q进
所以有
Q散 Q动 Q电灯 Q 加入
因而
Q加入 Q散 Q动 Q电灯
(0.7 106 500 632.415 50 0.1 859.854) 4.1868
工程热力学课后习题及答案(第四版严
家騄著）含第六章 .
第一章 基本概念
思考题
1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？
答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力 两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会 随之变化，而不能保持不变。
1.5889106 kJ / h
*此题目的练习能量平衡概念及有关能量单位的换算。
2-2 某机器运转时，由于润滑不良产生摩擦热，使质量为 150 kg的钢制机体在 30 min内温度升高 50 ℃。试计算摩擦引起的功率损失(已知每千克钢每升高 1 ℃需热量 0.461 kJ)。
[解] ： 摩擦引起的功率损失就等于摩擦热，故有
2. 如果将能量方程写为
或 那么它们的适用范围如何？
q du pdv
q dh vdp
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内部平衡过
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 。
(1)
Z水
Pg 水 g
0.01106 103 9.80665
1.0197 m 1019.7
mm
(2)
Z酒精
Pg 酒精 g
0.01106 789 9.80665
1.2494 m 1292.4 mm
此题目的目的是练习如果通过 U 型管压力计的液柱高度差计算表压力。
1-3 用 U 型管测量容器中气体的压力。在水银柱上加一段水图(1-12)，测得水柱
1-8 摄氏温标取水在标准大气压力下的冰点和沸点分别为 0 C 和 100 C ，而华 氏温标则相应地取为 32 F 和 212 F 。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关 系，并求出绝对零度(0K 或-273.15 C )所对应的华氏温度。
-3-
[解]：设以 tc 表示摄氏温度， tF 表示华氏温度。
的外功。所以无论有无摩擦，也不论是否吸热或放热，气体压缩时一定消耗外
功的。
习
题
2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和
玻璃窗等处，室内向室外每小时传出 0.7 106 kcal的热量。车间各工作机器消耗
的动力为 500PS（认为机器工作时将全部动力转变为热能）。另外，室内经常
=0.6327 MPa
1-7 从工程单位制水蒸气热力性质表中查得水蒸汽在 500 C ,100at 时的比容和
比焓为：V=0.03347m3/Kg, h=806.6Kcal/Kg。在国际单位制中，这时水蒸汽的压
力和比内能各为若干?
[解]：在国际单位制中，这时水蒸汽的压力为：
由焓的表达式
P=100 9.80665 104=9806650Pa=9.80665MPa h u Apv 得 u h aPv
3. 能量方程 q du pdv （变大） 与焓的微分式 dh du 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？
-4-
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
膨胀功时，热力学能就不增加，即当 q pdv 时， du 0 ；又当气体吸热全
部用来增加其热力学能时，即当 q du 时，气体也不膨胀，因为此时，
pdv 0，而 P 0 ，所以 dv 0 。
(2)不正确：上题4就是气体膨胀而不对外做功的实例。
(3)正确：无摩擦时 w pdv ， P 0 ，压缩时 dv 0 ，故 w 0 消耗 外功；有摩擦时， w pdv ， P 0 ，压缩时 dv 0 ，故 w 0 消耗更多
u h APv
806.6-100 104 0.03347/426.936
=728.30kcal/kg
=728.30 4.1868
3049.25kJ / kg
或
u h Pv
806.6 4.1868-980650 0.03347 10 -3
=3048.84kJ/kg
此题目的练习工程制与国际制的单位换算。
图 1-12
1-4 用斜管式压力计测量锅炉管道中烟气的真空度。管子的倾角 30 ，压力
计中使用密度为 800Kg/m3 的煤油。倾管中液柱长度为 l=200mm。当时大气压
力 B=745mmHg，问烟气的真空度为若干毫米汞柱？绝对压力为若干毫米汞
柱？
[解]： (1) 根据式(1-6)式有
PV glsin30 800 9.80665 0.2 0.5
此题目的练习压力单位换算
1-6 有一容器，内装隔板，将容器分成 A、B 两部分 (图
1-14)。容器两部分中装有不同压力的气体，并在 A 的不
同部位安装了两个刻度为不同压力单位的压力表。已测
得 1、2 两个压力表的表压依次为 9.82 at 和 4.24 atm。当
时大气压力为 745 mmHg。试求 A、B 二部分中气体的绝
4、“过程量”和“状态量”有什么不同？
答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全 微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终 态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写 成全微分。因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。
1m2 (0.1106 Pa 1000 Pa) 99000 N
1-2 试确定表压为 0.01MPa 时 U 型管压力计中液柱的高度差。
(1)U 型管中装水，其密度为 1000kg/m3；
(2)U 型管中装酒精，其密度为 789kg/m3。
[解]： 由（1-6）式，Pg=gz，得到z= Pg g
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。
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
A
B
图 2-13
dv 0 ，所以 du 0 ，即 u2 u1 这与前面的分析得出的 u2 u1 矛盾，得出
根据摄氏和华氏两种温标的冰点和沸点的取法，可知两者温度之间存在着线性换算关系。
假设
tF atc b
则对冰点可得： 对沸点可得：
32=0+b
212=a 100+b
所以：
tF
9 5
tc
32
或
tc
5 9
(tF
32)
当 tC
273.15C （即
0
K）时， tF
9 (273.15 32) 5
459.67 F
2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系
答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交 换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系 在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状 态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均 匀系也不一定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下 的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作 用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。
3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？
答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被 破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变 化，二者必居其一。但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件 地统一在一起了。这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以 使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
这一错误结论的原因是自由膨胀是自由膨胀是一个非平衡过程，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。
-5-
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
对压力 (单位用 MPa)。
[解]：
图 1-14
PA Pb Pg1 745 mmHg 133.332410 6 MPa 9.82 at 0.0098065 MPa
0.0983 MPa 0.963 MPa
1.0623 MPa
PA Pg 2 PB
PB PA Pg 2 1.0623 MPa 4.24 atm 0.10325 MP
习题
1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m，将其中气体的压力抽至 1000 Pa，问其 真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1MPa。
-1-
[解]：(1) pv pb p (0.1106 Pa 1000 Pa) /133.3224 742.56 mmHg (2) F AP A(Pb P)