当前位置：文档库 › 热力学作业题

热力学作业题

文科物理《热力学》习题（计算题）

第一章热平衡与温度（选两题：从1-1至1-4任选一题，1-5至1-7任选一题；多选不限）温馨提示：

本章计算题解题时只需运用中学的知识，即理想气体状态方程。不过，解最后三道题时所用到的气体状态方程的形式为p = nkT。

1-1 定体气体温度计的测温气泡放入水的三相点管的槽内时，气体的压强为6.65×103Pa。求：

（1）用此温度计测量373.15K的温度时，气体的压强是多大？

（2）当气体压强为2.20×103Pa时，待测温度是多少K？多少o C？

解：视水蒸气为理想气体，视三相点温度约为0℃。P1V=nRT1,P2V=nRT2,P3V=nRT3 P2=(T2/T1)P1=373.15*6650/273.15=9.08×103Pa.

T3=(P3/P1)T1=2.2*273.15/6.65=90.37K=-182.78℃.

1-2 自行车的车轮直径为71.12cm，内胎截面直径为3cm。在-3o C的天气里向空胎里打气。打气筒长30cm，截面半径1.5cm。打了20下，气打足了，问此时车胎内压强是多少？设车胎内最后气体温度为7o C。

解：内胎体积V2=（∏*71.12）*（∏*1.5*1.5）=1579.33㎝~3

打入空气V1=∏*1.5*1.5*30*20=4241.15 ㎝~3

P1V1=nRT1,P2V2=nRT2

P2=(V1T2P1)/(V2T1)=(4241.15*280.15)/(1579.33*270.15)=2.78atm

1-3 某柴油机的气缸充满空气，压缩前其中空气的温度为47o C，压强为8.61×104Pa。当活塞急剧上升时，可把空气压缩到原体积的1/17，其时压强增大到4.25×106Pa，求这时空气的温度（分别以K和o C表示）。

解：P1V1=nRT1,P2V2=nRT2,

T2=P2V2T1/P1V1=(273.15+47)*425/(8.61*17)=929.59K=656.44℃.

1-4 一氢气球在20o C充气后，压强为1.2atm，半径为1.5m。到夜晚时，温度降为10o C，气球半径缩为1.4m，其中氢气压强减为1.1atm。求已经漏掉了多少氢气（提示：注意气压单位换算）。

解：1atm=101325Pa，P1=121590 Pa,P2=111457.5 Pa T1=293.15 K,T2=283.15 K V1=4/3*∏*1.5*1.5*1.5=14.14 m~3 V2=4/3*∏*1.4*1.4*1.4=11.49 m~3

n1-n2=P1V1/RT1-P2V2/RT2=161.41 mol

1-5 目前可获得的极限真空度为1.00×10-18atm。求在此真空度下1cm3空气内平均有多少个分子？设温度为20 o C。

解：PV=nRT, n=(1.00×10-18*101325/1000000*8.314*293.15)=41.57×10-24mol N=n*6.02×1023≈25个

1-6 “火星探路者”航天器发回的1997年7月26日火星表面白天天气情况是：气压为6.71mbar （1bar=105Pa），温度为-13.3 o C，这是火星表面1cm3内平均有多少个分子？

解：PV=nRT, n=(671/1000000*8.314*259.85)=0.310591652×10-6mol

N= n*6.02×1023≈1.87×1017个

1-7 星际空间氢云内氢原子数密度可达1010/m3，温度可达104K。求这云内的压强。

解：P=nRT/V=(1010/6.02*1023)*8.314*104=1.38*10-9 Pa

第二章气体动力学（无计算题）

第三章热力学第一定律（两题全做）

3-1 有可能利用表层海水和深层海水的温差来制成热机。已知热带水域表层水温约25o C，300m深处水温约5 o C。请问在这两个温度之间工作的卡诺热机的效率有多大？

3-2 一台冰箱工作时，其冷冻室中的温度为-10 o C，室温为15 o C。若按理想卡诺致冷循环计算，则此致冷机每消耗103J的功，可从冷冻室中吸出多少热量？

第四章热力学第二定律（无计算题）

热力学作业

第三章热力学作业 3-9 0.32kg 的氧气作如图3-36所示的循环，循环路径为abcda ， V 2＝ 2V 1， T 1＝ 300K ，T 2＝200K ，求循环效率。设氧气可以看做理想气体。解： mol M M mol 10032 .032.0===ν 氧气为双原子分子， R c v 25= a-b 为等温过程，0=?E J V V RT A Q 412 11110728.12ln 30031.810ln ?=???===ν 此过程系统从外界吸热J 410728.1?，全部用来向外做功。 b-c 为等体过程，A ＝0 () J T T c E Q v 4122100775.2)300200(31.82 510?-=-???=-=?=ν 此过程系统向外放热J 4100775.2?，系统内能减少J 4100775.2?。 c-d 过程为等温过程，E ?＝0 J V V RT A Q 42 1 22310152.121ln 20031.810ln ?-=???===ν 此过程外界对系统做功J 410152.1?，系统向外放热J 410152.1? d-a 为等体过程，A ＝0 () ()J T T c E Q v 4214100775.220030031.82 510?=-???=-=?=ν 此过程系统从外界吸热J 4100775.2?，使内能增加J 4100775.2?。热机效率为 ()()%14.150775 .2728.1152.10775.20775.2728.1＝＝－吸放吸++-+=Q Q Q η

3-14 一个卡诺致冷机从0℃的水中吸收热量制冰，向27℃的环境放热。若将 5.0kg 的水变成同温度的冰（冰的熔解热为 3.35×105J ／kg ），求：（l ）放到环境的热量为多少？（2）最少必须供给致冷机多少能量？解：设高温热源温度为T 1，低温热源温度为T 2 T 1＝27+273＝300K ，T 2＝0+273＝273K （1）设此致冷机从低温热源吸热为Q 2，则 J ＝＝Q 65210675.11035.30.5??? 设此致冷机致冷系数为ε，则 11.10273300273212 ＝＝－T T T ＝-ε 由212 －Q Q Q ＝ε，可得放到环境中的热量为 J ＝＝Q Q ＝Q 666 22 110841.110675.111.1010675.1???＋＋ε （2）设最少必须供给致冷机的能量为A ，则 J ＝－Q Q A 566211066.110675.110841.1???=-=

第八章的热力学作业(答案详解)

一、选择题［ A ］1.（基础训练4）一定量理想气体从体积V 1，膨胀到体积V 2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 (A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D. (D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。【提示】功即过程曲线下的面积，由图可知AD AC AB A A A >>；根据热力学第一定律：E A Q ?+= AD 绝热过程：0=Q ； AC 等温过程：AC A Q =； AB 等压过程：AB AB E A Q ?+=，且0>?A B E ［ B ］2.（基础训练6）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p 0，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(A) p 0． (B) p 0 / 2． (C) 2γp 0． (D) p 0 / 2γ ．【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=，∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0...... 0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过程，故熵增加。［ D ］4.（自测提高1）质量一定的理想气体，从相同状态出发，分别经历等温过程、等压过程和绝热过程，使其体积增加1倍．那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大，等压过程中最小． (B) 绝热过程中最大，等温过程中最小． (C) 等压过程中最大，绝热过程中最小． (D) 等压过程中最大，等温过程中最小．【提示】如图。等温AC 过程：温度不变，0C A T T -=；等压过程：A B p p =，根据状态方程pV RT ν=，得： B A B A T T V V =，2B A T T ∴=，B A A T T T -=

热力学作业答案

热力学作业答案 The pony was revised in January 2021

【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=，∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为 E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0......0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过程，故熵增加。［ D ］4.（自测提高1）质量一定的理想气体，从相同状态出发，分别经历等温过程、等压过程和绝热过程，使其体积增加1倍．那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大，等压过程中最小． (B) 绝热过程中最大，等温过程中最小． (C) 等压过程中最大，绝热过程中最小． (D) 等压过程中最大，等温过程中最小．【提示】如图。等温AC 过程：温度不变，0C A T T -=；等压过程：A B p p =，根据状态方程pV RT ν=，得： B A B A T T V V =，2B A T T ∴=，B A A T T T -=

化工热力学大作业

1、计算下，乙醇（1）-水（2）体系汽液平衡数据（1）泡点温度和组成的计算计算气液平衡数据方法（步骤）： 1、由C2H5OH 以及H2O ，查得两物质临界参数Tc1、Tc 2、Pc1、Pc2、ω查得antonio 方程中C2H5OH 和H2O 参数A1,B1,C1,A2,B2,C2，进入2 2、利用总压强P 总=，带入antonio 方程i i i s i C T B A p +-=ln 得T1,T2，进入3 3、假设x1，x2数据，从小到大假设，并取为间隔，逐次递增，由T=T1*x1+T2*x2，并另各V i ??初值均为1，进入4 4、将T 值带入antonio 方程i i i s i C T B A p +-=ln 可得Ps1和Ps2，进入5 5、选择NRTL 方程，计算γi ，进入6 6、利用两物质临界参数以及T 、P 值计算Tr1，Tr2，Prs1，Prs2，再利用对比态法（计算逸度系数的对比态法）计算气态混合物各组元i 的逸度系数，进入7 7、利用平衡方程，V i s i S i i i i P P x y ??γ?=计算y1、y2，进入8 8、计算y1+y2的值，并判断是否进行迭代 9、将yi 归一化，利用混合物维里方程（计算混合物逸度系数的维里方程）结合混合规则计算各V i ??，返回7 10、判断y1+y2是否与8的值不同，“是”返回6，“否”进入11 11、计算y1+y2，判断是否为1，“否”进入12，“是”进入13 12、调整T 值，如果y1+y2大于1，则把T 值变小，如果y1+y2小于1，则把T 值变大，并返回4 13、得出T 、所有yi 值，并列出表格，进入14 14、将所有按从小到大顺序假设的Xi 值所对应的Yi 值求出，并作出T-X-Y 图，进入15 15、结束

作业(热力学答案)

作业8（热力学）一、选择题 [ ] 1. 有A 、B 两种不同的容器，A 中装有单原子理想气体，B 中装有双原子理想气体，若两种气体的压强相同，则这两种气体的单位体积内的内能之间的关系为： (A) A B E E V V ????< ? ?????； (B) A B E E V V ????> ? ?????；(C) A B E E V V ????= ? ?????；(D) 无法判定 [ ] 2. 对于室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所做的功与从外界吸收的热量之比W/Q 为： (A) 1/3； (B) 1/4； (C) 2/5； (D) 2/7 [ ] 3.“ 理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外做功”。对此说法有如下几种评论，其中正确的是： (A) 不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律； (B) 违反热力学第一定律，但不违反热力学第二定律； (C) 不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律； (D) 违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律 [ ] 4.在给出的4个图像中，能够描述一定质量的理想气体在可逆绝热过程中密度随压强变化的图像为： (A) (B) (C) (D) [ ] 5. 一定质量的理想气体经过压缩过程后，体积减小为原来的一半，如果要使外界所做的机械功为最大，那么这个过程应是: (A) 绝热过程； (B) 等温过程；(C) 等压过程；(D) 绝热过程或等温过程均可 [ ] 6. 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)难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4种判断正确的是： (A) (1)(2)(3)； (B) (1)(2)(4)；(C) (2)(4)；(D) (1)(4) [ ] 7. 你认为以下哪个循环过程是不可能的： (A) 绝热线、等温线、等压线组成的循环； (B) 绝热线、等温线、等容线组成的循环； (C) 等容线、等压线、绝热线组成的循环； (D) 两条绝热线和一条等温线组成的循环 [ ] 8. 一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体．若把隔板抽出进行自由膨胀，达到平衡后： (A) 温度不变，熵增加； (B) 温度升高，熵增加； (C) 温度降低，熵增加； (D) 温度不变，熵不变

热力学作业答案

工科物理大作业11-热力学

11 11 热力学班号学号姓名成绩一、选择题（在下列各题中，均给出了4个~6个答案，其中有的只有1个是正确答案，有的则有几个是正确答案，请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内） 1. 在下列说法中，正确的是： A ．物体的温度愈高，则热量愈多； B ．物体在一定状态时，具有一定的热量； C ．物体的温度愈高，则其内能愈大； D ．物体的内能愈大，则具有的热量愈多。（C ） [知识点] 内能和热量的概念。 [分析与解答] 内能是物体内部所有分子的热运动动能和分子间相互作用势能的总和，是系统状态（或温度）的单值函数，系统的温度愈高，其内能愈大。热量是由于系统与外界温度不同而进行的传热过程中所传递的能量的多少，同样温差情况下，不同的传热过程其热量不同，热量是过程量，不是状态的函数。作功与传热可以改变系统的内能，若系统状态不变（内能也不变），就无需作功与传热，功与热量不会出现。 2. 在下列表述中，正确的是： A ．系统由外界吸热时，内能必然增加，温度升高； B ．由于热量Q 和功A 都是过程量，因此，在任何变化过程中，（Q ＋A ）不仅与系统的始末状态有关，而且与具体过程有关； C ．无摩擦的准静态过程中间经历的每一状态一定是平衡状态； D 能增量为T C M m E m p ?= ?,。（C ） [知识点] 热量、作功和内能的概念。

[分析与解答] 根据热力学第一定律E A Q ?+=，系统由外界吸热时，可以将吸收的热量全部对外作功，内能不变，等温过程就是这种情况。系统所吸收的热量和外界对系统做功的总和为系统内能的增量，内能的增量仅与系统始末状态有关，而与过程无关。准静态过程就是在过程进行中的每一个状态都无限地接近平衡态的过程。由于准静态过程是无限缓慢的，无摩擦的（即无能量耗散），则各中间态都是平衡态。无论何种过程，只要温度增量T ?相同，内能增量均为 T R M m i E ?= ?2T R C M m m V ?= 1，与过程无关。 3. 一定量某理想气体，分别从同一状态开始经历等压、等体、等温过程。若气体在上述过程中吸收的热量相同，则气体对外做功最多的过程是： A ．等体过程； B. 等温过程； C. 等压过程； D. 不能确定。（B ） [知识点] 热力学第一定律在等值过程中的应用。 [分析与解答] 设在等压、等体和等温过程吸收的热量为0Q ，则等压过程 T R i T C Q m p ?+=?=2 21 0ν ν 002 2Q i Q T R V p A p <+= ?=?=ν 等体过程 0=Q A ，吸收的热量全部用于增加的内能等温过程 0=T A ，吸收的热量全部用于对外做功由热力学第一定律E A Q ?+=知，等压过程，气体吸收来的热量既要对外做功，又要使内能增加；等体过程，气体不对外做功，吸收的热量全部用于增加内能；等温过程，气体吸收的热量全部用于对外做功。因此，当吸收的热量相同时，等温过程对外做功最多。 4. 如图11-1所示，一定量理想气体从体积V 1膨胀到V 2，ab 为等压过程，ac 为等温过程，ad 为绝热过程，则吸热最多的是： A ．ab 过程； B. ac 过程； C. ad 过程； D. 不能确定。（A ）

材料热力学课件

S. J. T. U.
Phase Transformation and Microstructure Design
李伟
Wei Li
Lecturer
E-mail: weilee@https://www.wendangku.net/doc/335463111.html, Phone: 5474 5567 Office: 闵行校区材料楼 A503B室 Office Time: Wednesday 2:00-3:00 PM https://www.wendangku.net/doc/335463111.html,/Able.Acc2.Web/Template/View.aspx? courseType=0&courseId=5204&topMenuId=37502&men uType=4&action=view&type=&name=
SJTU Thermodynamics of Materials Fall 2012 ? X. J. Jin Introduction
1/70

S. J. T. U.
Experiences
Phase Transformation and Microstructure Design
Qualifications
PhD?in?Metallurgy?and?Materials,?The?University?of?Birmingham,UK,2011 MSc?in?Material?Science,?Shanghai?Jiaotong?University,?2007 BSc?in?Material?Science?and?Engineering,?Shanghai?Jiaotong?University,?2004
Employments
2007. 5‐8 Baosteel‐NSC/Arcelor?Automotive?Steel?Sheets?Co.Ltd 2012.?2‐ Shanghai?JiaoTong?University
SJTU Thermodynamics of Materials
Fall 2012
? X. J. Jin
Introduction
2/70

热力学作业(标准答案)

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

第八章热力学基础一、选择题［ A ］1.（基础训练4）一定量理想气体从体积V 1，膨胀到体积V 2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 (A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D. (D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。【提示】功即过程曲线下的面积，由图可知AD AC AB A A A >>；根据热力学第一定律：E A Q ?+= AD 绝热过程：0=Q ； AC 等温过程：AC A Q =； AB 等压过程：AB AB E A Q ?+=，且0>?AB E ［ B ］2.（基础训练6）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p 0，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 (A) p 0． (B) p 0 / 2． (C) 2γp 0． (D) p 0 / 2γ ．【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=，∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0......0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过程，故熵增加。［ D ］4.（自测提高1）质量一定的理想气体，从相同状态出发，分别经历等温过程、等压过程和绝热过程，使其体积增加1倍．那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大，等压过程中最小． (B) 绝热过程中最大，等温过程中最小． (C) 等压过程中最大，绝热过程中最小． (D) 等压过程中最大，等温过程中最小．【提示】如图。等温AC 过程：温度不变，0C A T T -=；等压过程：A B p p =，根据状态方程pV RT ν=，得： B A B A T T V V =， 2B A T T ∴=，B A A T T T -= p 0

化工热力学大作业---乙醇与水物性分析

化工热力学大作业学院：化学化工学院班级：学号：姓名：指导老师：

1.计算101.3kPa下，乙醇（1）-水（2）体系汽液平衡数据 1）泡点温度和组成的计算已知：平衡压力P，液相组成x1，x2 ???xN V i s i S i i i i P P x y ? ? γ ? =∑ = i i i y y y/ 泡点温度T，汽相组成y1，y2???y n采用以下流程计算：可得到泡点温度和组成

2）露点温度和组成的计算已知P, 气相组成y1,y2…….yN ， s i S i i V i i i P Py x ?γ??= ∑=i i i i x x x / 露点温度T ，液相组成x 1，x 2 ???x n 采用以下流程计算：可得到露点温度和组成

3)计算过程运用化工软件Aspen计算 ①选择模板为General with Metric Units；Run Type为物性分析（Property Analysis） ②组分为乙醇（C2H5OH,ETHANOL）和水（H2O）物性方法为NRTL ③乙醇及水的流率均设为50kmol/h初输入温度为25℃，压力为101.325KPa。 ④设定可调变量为乙醇的摩尔分数，变化范围0—1，增量为0.05，则可取20个点。 ⑤选择物性参数露点温度（TDEW）及泡点温度（TBUB），温度均为℃。最后以乙醇摩尔分数为X坐标，露点温度（TDEW）及泡点温度（TBUB）为Y坐标，得到下表及下图。 NRTL活度系数模型乙醇取不同摩尔分率时对应的不同泡点温度及露点温度表（NRTL）

露点温度及泡点温度图(NRTL)

材料热力学

2012 年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:材料热力学学生所在院（系）:理学院应用化学系学生所在学科: 学生姓名学号: 学生类别: 考核结果阅卷人第 1 页（共 5 页）

材料热力学在材料研究方面的应用摘要：材料热力学对于材料的预测和使用具有理论指导作用，本文总结了近年来材料热力学在功能材料设计分析方面的应用，并对材料热力学这门学科在材料方面的应用进行了总结。关键词：材料热力学；材料；应用 1.材料热力学概述材料热力学就是把热力学原理和材料联系起来，用热力学的理论解决材料在设计、制造、应用时的相应问题。材料热力学课程以热力学定律为基础，着重介绍了统计热力学在材料中的应用，如溶液的统计热力学、相图热力学、相变热力学和化学平衡热力学等。 2.计算材料科学与热力学随着科学技术的不断进步，已有的材料越来越不能满足当前甚至可预见的未来的科技发展对于生产、生活中各种器械材料的需要，已有的材料不断被淘汰，人们对材料提出越来越多的要求和希望。材料逐渐向功能的多样化和性能的优异化发展。大量的材料量和质的需求使人们不得不摈弃传统材料开发的逐一试探的方法。带预测性的材料设计理念就这样应运而生了。随着现当代材料分析与检测仪器精度和灵敏性的提高，人们可以积累大量的材料性能的数据，这为发展新的材料模型或新材料的预测和模拟研究提供了有利条件。由此产生了以材料热力学理论为基础，计算机技术辅助支撑的计算材料科学。耿太在他的硕士论文[1]中提到，计算材料科学发展中最活跃的是包含相图热力学和相变动力学计算在内的CALPHAD领域。在此领域中，热力学模拟优化的过程和实验技术紧密结合，并与材料的成分、足迹和制备过程联系密切。而目前，材料设计领域的新课题就是连接不同层次材料的成分设计、微观结构、制备工艺来达到从微观结构到宏观性能的整体预测和设计。在这篇文章中，应用了热力学计算软件，计算了平衡态相图对耐腐蚀合金的耐腐蚀性能，计算了铁铝、铁硼合金的平衡态相图，并与标准的二元相图做了比较分析。他认为这种计算分析对于合金成分设计制备具有指导意义。 3.材料热力学用于金属材料实际生产生活中应用最广泛的材料是金属材料。而金属材料中用到最多的又是金属基的复合材料。通过复合化设计后金属材料可以形成金属基的复合材料。金属基的复合材料具有更好的机械性能和功能性能，是当前高新技术、环境、能源、通信、汽车、国防及航空航天设备中不可替代的重要材料，并在国民经济和国防建设中有着不可替代的重要作用。范同祥等人认为，金属熔体的热力学性质历来是材料科学、冶金化学和流体物理学等领域的工作者关注的冶金热力学的核心课题之一[2]。他们认为，热力学和动力学在研究复合材料界面反应控制、反应自生增强相种类选择、反应自生增强相尺寸控制、金属基复合材料体系设计及复合制备工艺优化等方面有很大的应用价值。并且，基于组元元素的悟性参数能为金属基复合材料的研究提供理论指导。但是，金属熔体的结构比较复杂，其热力学和动力学性质带有复杂性，且不同的体系有其特殊性，在这种情况下的热力学和动力学的模型应用就有其局限性和针对性，这样的模型需要发展和完善。另外，可以把热力学和动力学与第一性原理相结合，从原子尺度进行计算，这样就能在复合材料的研究中扩大热力学和动力学的应

西安交通大学传热学大作业

《传热学》上机大作业二维导热物体温度场的数值模拟学校：西安交通大学姓名：张晓璐学号:10031133 班级：能动A06

一．问题（4-23）有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，形状和截面尺寸如下图所示，假设在垂直纸面方向冷空气和砖墙的温度变化很小，差别可以近似的予以忽略。在下列两种情况下计算：砖墙横截面上的温度分布；垂直于纸面方向上的每米长度上通过墙砖上的导热量。第一种情况：内外壁分别维持在10C ?和30C ? 第二种情况：内外壁与流体发生对流传热，且有C t f ?=101， )/(2021k m W h ?=，C t f ?=302，)/(422k m W h ?=，K m W ?=/53.0λ

二．问题分析 1.控制方程 02222=??+??y t x t 2.边界条件所研究物体关于横轴和纵轴对称，所以只研究四分之一即可，如下图：对上图所示各边界：边界1：由对称性可知：此边界绝热，0=w q 。边界2：情况一：第一类边界条件 C t w ?=10 情况二：第三类边界条件

)()( 11f w w w t t h n t q -=??-=λ 边界3：情况一：第一类边界条件 C t w ?=30 情况二：第三类边界条件 )()( 22f w w w t t h n t q -=??-=λ 三：区域离散化及公式推导如下图所示，用一系列和坐标抽平行的相互间隔cm 10的网格线将所示区域离散化，每个交点可以看做节点，该节点的温度近似看做节点所在区域的平均温度。利用热平衡法列出各个节点温度的代数方程。第一种情况：内部角点：

热力学作业题

文科物理《热力学》习题（计算题）第一章热平衡与温度（选两题：从1-1至1-4任选一题，1-5至1-7任选一题；多选不限）温馨提示：本章计算题解题时只需运用中学的知识，即理想气体状态方程。不过，解最后三道题时所用到的气体状态方程的形式为p = nkT。 1-1 定体气体温度计的测温气泡放入水的三相点管的槽内时，气体的压强为6.65×103Pa。求：（1）用此温度计测量373.15K的温度时，气体的压强是多大？（2）当气体压强为2.20×103Pa时，待测温度是多少K？多少o C？解：视水蒸气为理想气体，视三相点温度约为0℃。P1V=nRT1,P2V=nRT2,P3V=nRT3 P2=(T2/T1)P1=373.15*6650/273.15=9.08×103Pa. T3=(P3/P1)T1=2.2*273.15/6.65=90.37K=-182.78℃. 1-2 自行车的车轮直径为71.12cm，内胎截面直径为3cm。在-3o C的天气里向空胎里打气。打气筒长30cm，截面半径1.5cm。打了20下，气打足了，问此时车胎内压强是多少？设车胎内最后气体温度为7o C。解：内胎体积V2=（∏*71.12）*（∏*1.5*1.5）=1579.33㎝~3 打入空气V1=∏*1.5*1.5*30*20=4241.15 ㎝~3 P1V1=nRT1,P2V2=nRT2 P2=(V1T2P1)/(V2T1)=(4241.15*280.15)/(1579.33*270.15)=2.78atm 1-3 某柴油机的气缸充满空气，压缩前其中空气的温度为47o C，压强为8.61×104Pa。当活塞急剧上升时，可把空气压缩到原体积的1/17，其时压强增大到4.25×106Pa，求这时空气的温度（分别以K和o C表示）。解：P1V1=nRT1,P2V2=nRT2, T2=P2V2T1/P1V1=(273.15+47)*425/(8.61*17)=929.59K=656.44℃. 1-4 一氢气球在20o C充气后，压强为1.2atm，半径为1.5m。到夜晚时，温度降为10o C，气球半径缩为1.4m，其中氢气压强减为1.1atm。求已经漏掉了多少氢气（提示：注意气压单位换算）。解：1atm=101325Pa，P1=121590 Pa,P2=111457.5 Pa T1=293.15 K,T2=283.15 K V1=4/3*∏*1.5*1.5*1.5=14.14 m~3 V2=4/3*∏*1.4*1.4*1.4=11.49 m~3 n1-n2=P1V1/RT1-P2V2/RT2=161.41 mol 1-5 目前可获得的极限真空度为1.00×10-18atm。求在此真空度下1cm3空气内平均有多少个分子？设温度为20 o C。解：PV=nRT, n=(1.00×10-18*101325/1000000*8.314*293.15)=41.57×10-24mol N=n*6.02×1023≈25个 1-6 “火星探路者”航天器发回的1997年7月26日火星表面白天天气情况是：气压为6.71mbar （1bar=105Pa），温度为-13.3 o C，这是火星表面1cm3内平均有多少个分子？解：PV=nRT, n=(671/1000000*8.314*259.85)=0.310591652×10-6mol N= n*6.02×1023≈1.87×1017个

工程热力学大作业

1、根据班级序号自己计算参数利用通用压缩因子图确定氧气在温度为313K（113+10×20号），比体积为0.0074m3/kg时的压力。 2、工程热力学中为什么要引入“可逆过程”? 3、以空调制热（班级序号为双号）为例，画出工作原理图、工热关系图，指出其中的代价、收益和经济性指标分别是什么。 4、在热力学发展历史中，有哪些科学家做出贡献？至少列出5人及其成就。答：（1）J.R.von迈尔：他提出了能量守恒理论，认定热是能的一种形式，可与机械能互相转化，并且从空气的定压比热容与定容比热容之差计算出热功当量。（2）焦耳：他的实验结果已使科学界彻底抛弃了热质说，公认能量守恒、而且能的形式可以互换的热力学第一定律为客观的自然规律。热力学的形成与当时的生产实践迫切要求寻找合理的大型、高效热机有关。（3）法国人S.卡诺：提出著名的卡诺定理，指明工作在给定温度范围的热机所能达到的效率极限（4）开尔文(即W.汤姆森)根据卡诺定理制定了热力学温标。（5）克劳修斯根据卡诺定理提出并发展了熵 5、为什么要引入“焓”和“熵”的概念？它们是如何定义的？答：“焓”：研究流动能量方程中，为了工程应用的方便，才引入焓。（因为在流动过程中，工质携带的能量除热力学能之外，总伴有推动功，所以为了工程应用的方便起见，把U和PV组合起来，引入焓。） “熵” 6、下面的图是如何得到的？有何作用？ 7、一台清水离心泵，若泵中压力最低的点为K点，那么K点的压力与此泵工作时所处温度对应的饱和蒸汽压之间满足何种大小关系时，离心泵中压力最低点的水会汽化为气泡？ 8、一压缩机将1kg温度为T1、压力为p1的空气压缩到温度T2和压力p2，已知压缩过程是多变过程，多变指数为m。（1）完整推导出T2与T1、p1、p2和m之间的关系式。（2）空气在压缩机中可以分为三个阶段：首先空气通过吸气阀进入压缩机，此时吸气阀开启、排气阀关闭；接着吸排气阀均关闭，空气被压缩；最后排气阀开启，此时吸气阀仍关闭，空气通过排气阀排出压缩机。推导出这三个阶段分别要消耗多大的功？三者的代数和是多少？

材料热力学计算及其在合金制备中的应用

材料热力学计算及其在纳米材料中的应用一导论材料热力学对于材料科学的研究和发展有着重要的意义。相图在材料工程中有重要的应用价值，它和合金体系中各相的热力学参数是材料设计和制备的重要依据之一。从理论上来说，热力学和相图之间的联系不存在任何障碍。但从历史上看，两者却是沿着各自的方向独立发展。传统上，相图主要是用热分析、金相分析和X射线结构分析等实验方法测定，并没有用到热力学知识，也没有完全将热力学用来解决生产实际问题。而热力学则主要是对相平衡进行理论分析，提出不同状态下平衡过程的方向和限度，其实验数据主要是热化学性质的测定。直至近年来，由于在溶液模型、数值方法和计算机软件等方面取得较大的进展，这才使得人门能够将热力学应用到相图中来。热力学和相图的计算机耦合形成了CALPHAD(computer CALculations of Phase Diagram)技术。CALPHAD技术主要是依据热力学原理和基本关系计算物质体系的平衡性质。一个物质体系的热力学特征函数确定，这个物质体系的全部热力学性质都可计算出来，其中包括相图。这就是CALPHAD技术中的相平衡计算部分。二CALPHAD技术的发展现今CALPHAD方法的内涵已由相图和热化学的计算机耦合拓展至宏观热力学计算与量子化学第一性原理计算相结合、宏观热力学计算与动力学模拟相结合、建立新一代计算软件和多功能数据库(multi-function database),其科学内容十分丰富,已成为材料科学比较成熟的重要分支., CALPHAD可以按照常规方法进行复杂的相平衡计算,而且还是建立在合理的物理基础之上。已经有大量可以在PC上运行的软件来进行复杂计算,例如FACT[5]、MTDATA[6]、Lukas Program[7]、Ther-mo-Calc[8]、ChemSage等[9]已在全球通用;建立了许多相图热力学数据库,如SGTE纯物质数据库、溶液数据库等。这些软件运行时不需要大量的专门技术,并且在不断地升级以采用更精确的热力学模型和算法更新现有的数据库,在很多情况下可以预测多元合金的相平衡,并与实验结果接近。目前,新一代的软件也在不断地开发完善之中,例如WinPhad[10]和PANDAT等[11]。因此,CALPHAD成为了一个成熟的科学分支,事实上,已经进入了其发展的另一个阶段,强调的是扩展其应用范围的集中要求。

热力学作业答案修订稿

热力学作业答案集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]

第八章热力学基础一、选择题［ A ］1.（基础训练4）一定量理想气体从体积V 1，膨胀到体积V 2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 (A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D. (D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。【提示】功即过程曲线下的面积，由图可知AD AC AB A A A >>；根据热力学第一定律：E A Q ?+= AD 绝热过程：0=Q ； AC 等温过程：AC A Q =； AB 等压过程：AB AB E A Q ?+=，且0 >?AB E ［ B ］2.（基础训练6）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p 0，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 (A) p 0． (B) p 0 / 2． (C) 2γp 0． (D) p 0 / 2γ．【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=，∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴ 0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0......0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过程，故熵增加。［ D ］4.（自测提高1）质量一定的理想气体，从相同状态出发，分别经历等温过程、等压过程和绝热过程，使其体积增加1倍．那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大，等压过程中最小． (B) 绝热过程中最大，等温过程中最小． (C) 等压过程中最大，绝热过程中最小． (D) 等压过程中最大，等温过程中最小．【提示】如图。等温AC 过程：温度不变，0C A T T -=；

【大题】工科物理大作业热力学

11 11 热力学班号学号姓名成绩一、选择题（在下列各题中，均给出了4个~6个答案，其中有的只有1个是正确答案，有的则有几个是正确答案，请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内） 1. 在下列说法中，正确的是： A．物体的温度愈高，则热量愈多； B．物体在一定状态时，具有一定的热量； C．物体的温度愈高，则其内能愈大； D．物体的内能愈大，则具有的热量愈多。（C）[知识点] 内能和热量的概念。 [分析与解答] 内能是物体内部所有分子的热运动动能和分子间相互作用势能的总和，是系统状态（或温度）的单值函数，系统的温度愈高，其内能愈大。热量是由于系统与外界温度不同而进行的传热过程中所传递的能量的多少，同样温差情况下，不同的传热过程其热量不同，热量是过程量，不是状态的函数。作功与传热可以改变系统的内能，若系统状态不变（内能也不变），就无需作功与传热，功与热量不会出现。 2. 在下列表述中，正确的是： A．系统由外界吸热时，内能必然增加，温度升高； B．由于热量Q和功A都是过程量，因此，在任何变化过程中，（Q＋A）不仅与系统的始末状态有关，而且与具体过程有关； C．无摩擦的准静态过程中间经历的每一状态一定是平衡状态； D

能增量为T C M m E m p ?= ?,。（C ） [知识点] 热量、作功和内能的概念。 [分析与解答] 根据热力学第一定律E A Q ?+=，系统由外界吸热时，可以将吸收的热量全部对外作功，内能不变，等温过程就是这种情况。系统所吸收的热量和外界对系统做功的总和为系统内能的增量，内能的增量仅与系统始末状态有关，而与过程无关。准静态过程就是在过程进行中的每一个状态都无限地接近平衡态的过程。由于准静态过程是无限缓慢的，无摩擦的（即无能量耗散），则各中间态都是平衡态。无论何种过程，只要温度增量T ?相同，内能增量均为 T R M m i E ?= ?2T R C M m m V ?=1，与过程无关。 3. 一定量某理想气体，分别从同一状态开始经历等压、等体、等温过程。若气体在上述过程中吸收的热量相同，则气体对外做功最多的过程是： A ．等体过程； B. 等温过程； C. 等压过程； D. 不能确定。（B ） [知识点] 热力学第一定律在等值过程中的应用。 [分析与解答] 设在等压、等体和等温过程吸收的热量为0Q ，则等压过程 T R i T C Q m p ?+=?=2 2 10ν ν 00 2 2Q i Q T R V p A p <+= ?=?=ν 等体过程 0=Q A ，吸收的热量全部用于增加的内能等温过程 0=T A ，吸收的热量全部用于对外做功由热力学第一定律E A Q ?+=知，等压过程，气体吸收来的热量既要对外做功，又要使内能增加；等体过程，气体不对外做功，吸收的热量全部用于增加内能；等温过程，气体吸收的热量全部用于对外做功。因此，当吸收的热量相同时，等温过程对外做功最多。 4. 如图11-1所示，一定量理想气体从体积V 1膨胀到V 2，ab 为等压过程，ac 为等温过

材料热力学2014试卷及答案

《材料热力学》考试试题（2014年12月23日） 1.名词解释（30分） (1) 混合吉布斯自由能 (2) 过剩吉布斯自由能：P2左上 (3) Dulong 和Petit 规则：P6右上 (4) Neumann-Kopp 规则：P6右上 (5) Pictet 和Trouton 规则：P6右上二，教材P22 (6) 热力学稳定图：P7右上 (7) 磁性对吉布斯自由能的3个参数：P4左下 (8) 2元系退化平衡的两种情况：P20，一般是二个熔点相差很大的体系，在低熔点元素附近的平衡，温度很接近该元素熔点，成分很接近边界，无法分辨出是共晶还是包晶反应，它说的两种情况应该是指包晶反应的退化和共晶反应的退化。 (9) 化学势：化学势又称为偏摩尔势能，化学势就是吉布斯自由能对成分的偏微分，教材P70 (10) 热力学第四定律：P11右上二 2. 钢铁中M2C相由亚点阵(Cr,Fe,Mo)1(C, Va)0.5表示 (1) 写出吉布斯自由能表达式，并注明表达式中各符号的意义 (2) 写出Cr的摩尔分数x Cr与其点阵分数之间的关系式（20分） 3. 解释Schreinemarkers’ rule, 并说明图中哪个相图不符合Schreinemarkers’ rule（20分）

(a) (b) (c)

Schreinemarkers’ rule： the extrapolations of boundaries of the one-phase field in t he elementary unit must either both fall inside the three-ph ase fields or inside each of the two two-phase fields 4. Cr-Ni-Nb三个边界二元系的相图及液相面投影图如下所示：请写出点U1, U2, E1, E2, e5,max的相平衡表达式，并画出Cr-Ni-Nb体系含液相的反应图(30分)。