国外课件热力学Basic thermodynamics
Basic thermodynamics
Part of the School of Physics
This class provides a basic overview requiring very little prior mathematical knowledge besides basic algebra. For a more involved discussion of thermodynamics which includes detailed derivations of these laws from first principles, please see the class page Statistical mechanics.
Thermodynamics is the study of temperature, chemical energy, and the properties of matter as a consequence of its atomic structure. In the discipline of thermodynamics, two areas of interest are most significant: macroscopic thermodynamics, which deals with the properties of bulk matter; that is, large quantities of matter on a 'human' scale of understanding, and statistical mechanics, which relates the macroscopic behavior of matter to microscopic behavior.
Heat and Temperature
First of all, we must make clear some important definitions which may be different to the kind of language you are used to. In normal conversation, the words heat and temperature are used interchangably. To 'warm' or 'heat' something up is to increase its temperature. One might say 'that fire has a lot of heat in it'.
In physics however, the word heat has a very distinct meaning. Heat is a form of energy which is held in matter by the constant jostling of its particles. In macroscopic thermodynamics, heat can be thought of as a massless, invisible substance that can flow from one region to another, but it is very important to remember that this is NOT a real or accurate description of heat, merely a tool to help you visualise how matter and the energy contained within it behaves in the 'real world' as we see it. In reality, heat is an effect of the movement of particles - whether they be atoms, ions, molecules, electrons, photons or any kind of fictional 'magic' particle you could care to imagine. Particles transfer heat between one another by colliding with one another, and over time this will cause heat to flow around in large bodies of matter where it allowed to.
Heat is represented in a formula by the symbol Q, and its units, like other forms of energy, are Joules, which have the symbol J
Example: The amount of heat in an object is measured in an experiment to be ten Joules; so we would write this result as Q = 10J
Temperature, on the other hand, is one of a number of measurements we can make, called thermodynamic variables, of real systems that we study using the laws of thermodynamics.
Thermodynamic variables
Thermodynamic variables are those properties of a real system which can be observed by simple apparatus on a scale that can be readily understood by human beings. These contrast with statistical variables which by and large are estimations and inferred quantities relevant to the atoms within a material, whose existence is not relevant to macroscopic thermodynamics. At this point we make no hypothesis whatsoever on the nature of the material itself, as the laws of macroscopic thermodynamics are concerned only with large quantities of (usually) homogenous matter.
States and State Diagrams
When physicists talk about the state of a thermodynamic system, what they mean is that the system has precise or 'well-defined' thermodynamic variables. That is to say, the system's pressure, volume and temperature are fixed at that point in time - we call this an equilibrium state. Only equilibrium states can be studied with basic thermodynamics - states where these variables are not changing at this precise moment in time. If these properties are changing, it no longer makes any sense to say that the system has a particular temperature, because energy will be moving around the system in ways that cannot be precisely measured. Similarly with pressure and volume; these cannot be precisely defined for a changing system because not every particle in the system is 'aware' of their current value, and certain areas of the system may behave as though the system has different pressure and volume. Therefore, if we want to study a system which we know is changing in time, we must consider it to be a succession of equilibrium states - we pretend that instead of changing smoothly, the system jumps instantaneously between very many slightly different equilibrium states as it goes from its initial state to its final state.
The state diagram
It follows from the above statements that if a system has precisely defined thermodynamic variables, they can be plotted on a graph. An example, the P-V diagram, is shown below:
Source: Image:P-V_diagram.PNG
Source: Image:RefrigerationTS.PNG
The Gas Laws
The gas laws are a set of laws that describe the relationship between thermodynamic temperature (T), pressure (P) and volume (V) of gases. It is a loose collection of rules developed between the late Renaissance and early 19th century. Early gas laws were:
?Boyle's law - the product of the volume and pressure of a fixed quantity of an ideal gas is constant, given constant temperature
?Charles's law - at constant pressure, the volume of a given mass of a gas increases or decreases by the same factor as its temperature increases or decreases
?Gay-Lussac's law - the ratio between the combining volumes of gases and the product, if gaseous, can be expressed in small whole numbers
These were combined to form the combined gas law:
Avogadro's law (1811) surmises that equal volumes of gases, at the same temperature and pressure, contain the same number of molecules. All four laws were generalized into a the simplified ideal gas law:
where:
?P is the pressure in pascals
?V is the volume in cubic metres
?n is the number of moles of gas
?R is the ideal gas constant (8.3145 J/(mol K))
?T is the temperature in kelvins.
The Ideal Gas
The Ideal Gas is a simple model for a gas derived from the gas laws above. The Ideal Gas Equation relates pressure, temperature and volume in all possible combinations for a model gas which has the following properties, making it unlike the 'real' thing:
?The particles in the gas have no size
?The particles in the gas do not interact - that is, they cannot 'bounce off' one another, only the walls of the container, and do not exert any forces on one another
As a consequence of these points, further properties emerge that are still important in themselves:
?The gas never changes phase (never liquefies or alters its properties) and cannot chemically react
The Ideal Gas is described by a single equation:
PV=NRT
Where:
?P=Pressure in Pascals (Pa)
?V=Volume in cubic metres (m^3)
?T=Temperature in Kelvin (K)
N is the number of moles of gas in the volume R is a constant, the Molar Gas Constant. This is not important to know the details of at this stage, except that is approximately equal to 8.31
From this equation, we note that the product PV is directly proportional to T. This tells us the following about the behavior of gases:
?If the temperature of the gas remains constant, either P or V can increase provided that the other decreases by the same proportion; you could double the pressure while halving the volume and not change the temperature of the gas, for example
?If T changes, there are many combinations of P and V that can achieve this. To raise the temperature of the gas you can increase the pressure, decrease the volume, or change both at the same time and achieve the same temperature increase.
We also note that it would in theory be possible to alter the state of the gas by changing the number of particles, N. This is possible, but adding or removing particles involves manipulating chemical potentials, which are part of Statistical Mechanics and rather too complex for this lesson.
Exercises
Consider a sealed box of gas at atmospheric pressure (300 kPa) and room temperature (293 K). The gas is heated by a flame until its temperature is 400K. Calculate the change in pressure, . (Click expand for the worked answer)
Book list and study hints
Statistical mechanics
References
Carrington, G; Basic Thermodynamics, Oxford University Press 1994, ISBN 0-19-851747-5
Article Sources and Contributors5 Article Sources and Contributors
Basic thermodynamics Source: https://www.wendangku.net/doc/7f378991.html,/w/index.php?oldid=1128982 Contributors: CQ, Dave Braunschweig, Emesee, Gbaor, Harej, McCormack, Mystictim, Rayc,
Roadrunner, Sojourner001, The Winged Self, 8 anonymous edits
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工程热力学思考题答案,第二章
第二章热力学第一定律 1.热力学能就是热量吗? 答：不是，热是能量的一种，而热力学能包括内位能，内动能，化学能，原子能，电磁能，热力学能是状态参数，与过程无关，热与过程有关。 2.若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞 机上，工质的总能中是否包括外部储能？在以氢氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否包括氢氧的化学能？ 答：不包括，相对飞机坐标系，外部储能为0； 以氢氧为燃料的电池系统的热力学能要包括化学能，因为系统中有化学反应 3.能否由基本能量方程得出功、热量和热力学能是相同性质的参数 结论？ 答：不会，Q U W ?为热力学能的差值，非热力学能，热=?+可知，公式中的U 力学能为状态参数，与过程无关。 4.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-1 所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入 B 中，分析A、B 两部分压力相同时A、B 两部分气体的热力学能如何变化？ 答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q u w w=所以容 =?+其中0 q=0 器中空气的热力学能不变。若有一小孔，以B 为热力系进行分析
2 1 2 2 222111()()22f f cv j C C Q dE h gz m h gz m W δδδδ=+++-+++ 只有流体的流入没有流出，0,0j Q W δδ==忽略动能、势能c v l l d E h m δ=l l dU h m δ=l l U h m δ?=。B 部分气体的热力学能增量为U ? ，A 部分气体的热力学能减少量为U ? 5.热力学第一定律能量方程式是否可以写成下列两种形式： 212121()()q q u u w w -=-+-，q u w =?+的形式，为什么？ 答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于 q u w =?+只有在特殊情况下，功w 可以写成pv 。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有w =pv 这样一个必需条件。对于公式212121()()q q u u w w -=-+-，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。 6.热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式： q u w =?+ 2 1 q u pdV =?+? 分别讨论上述两式的适用范围. 答： q u w =?+适用于任何过程，任何工质。 2 1 q u pdV =?+? 可逆过程，任何工质 7.为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量
广大复习资料之工程热力学第三章思考题答案
第三章思考题 3-1门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗? 解：按题意，以门窗禁闭的房间为分析对象，可看成绝热的闭口系统，与外界无热量交换，Q =0，如图3.1所示，当安置在系统内部的电冰箱运转时，将有电功输入系统，根据热力学规定：W <0，由热力学第一定律W U Q +?=可知，0>?U ，即系统的热力学能增加，也就是房间内空气的热力学能增加。由于空气可视为理想气体，其热力学能是温度的单值函数。热力学能增加温度也增加，可见此种想法不但不能达到降温目的，反而使室内温度有所升高。 3-2既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢? 解:仍以门窗紧闭的房间为对象。由于空调器安置在窗上，通过边界向环境大气散热,这时闭口系统并不绝热,而且向外界放热，由于Q<0，虽然空调器工作时依旧有电功W 输入系统，仍然W<0，但按闭口系统能量方程：W Q U -=?， 此时虽然Q 与W 都是负的,但W Q >，所以?U<0。可见室内空气热力学能将减少,相应地空气温度将降低。 3-6 下列各式，适用于何种条件？(说明系统、工质、过程) 1）?q=du+ ?w ；适用于闭口系统、任何工质、任何过程 2）?q=du+ pdv ；适用于闭口系统、任何工质、可逆过程 3）?q=c v dT+ pdv ；适用于闭口系统、理想气体、任何过程 4）?q=dh ；适用于开口系统、任何工质、稳态稳流定压过程 5）?q=c p dT- vdp 适用于开口系统、理想气体、可逆过程 3-8 对工质加热，其温度反而降低，有否可能？ 答：有可能，如果工质是理想气体，则由热力学第一定律Q=ΔU+W 。理想气体吸热，则Q>0，降温则ΔT<0，对于理想气体，热力学能是温度的单值函数，因此，ΔU <0。在此过程中，当气体对外作功，W>0，且气体对外作功大于热力学能降低的量，则该过程遵循热力学第一定律，因此，理想气体能进行吸热而降温的过程。 3-9 “任何没有容积变化的过程就一定不对外做功“这种说法对吗？说明理由。 答：这种说法不正确。系统与外界传递的功不仅仅是容积功，还有轴功等形式，因此，系统经历没有容积变化的过程也可以对外界做功。 3-10 说明以下论断是否正确： 1） 气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加； 答：不正确。由热力学第一定律Q=ΔU+W ，气体吸热，Q>0，可能使热力学能增加，也可能膨胀做功。 2） 气体膨胀时一定对外做功； 答：不正确。自由膨胀就不对外做功。容积变化是做膨胀功的必要条件，不是充分条件。 3） 气体压缩时一定消耗外功； 答：不正确。气体冷却时容积缩小但是不用消耗外功。
工程热力学思考题答案,第三章
理想气体的性质 1.怎样正确看待理想气体”这个概念？在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式? 答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压咼温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。若为理想气体则可使用理想气体的公式。 2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而 异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是0.022414m3/mol? 答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异; 但因所处状态不同而变化。只有在标准状态下摩尔体积为0.022414m 3/mol 3?摩尔气体常数R值是否随气体的种类不同或状态不同而异? 答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。 4?如果某种工质的状态方程式为pv二R g T,那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗? 答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。 C 5.对于一种确定的理想气体，（C p C v）是否等于定值？」是否为定 C v 值？在不同温度下（C P C v）、C P是否总是同一定值? C 答：对于确定的理想气体在同一温度下（C p C v）为定值，—p为定值。 C v C 在不同温度下（C p C v）为定值，—p不是定值。 C v 6.麦耶公式C p C v R g是否适用于理想气体混合物？是否适用于实际 气体?
马沛生 主编 化工热力学 第三章习题解答
第三章 纯流体的热力学性质计算 思考题 3-1气体热容，热力学能和焓与哪些因素有关？由热力学能和温度两个状态参数能否确定气体的状态？ 答：气体热容，热力学能和焓与温度压力有关，由热力学能和温度两个状态参数能够确定气体的状态。 3-2 理想气体的内能的基准点是以压力还是温度或是两者同时为基准规定的？ 答：理想气体的内能的基准点是以温度为基准规定的。 3-3 理想气体热容差R p v c c -=是否也适用于理想气体混合物？ 答：理想气体热容差R p v c c -=不适用于理想气体混合物，因为混合物的组成对此有关。 3-4 热力学基本关系式d d d H T S V p =+是否只适用于可逆过程？ 答：否。热力学基本关系式d d d H T S V p =+不受过程是否可逆的限制 3-5 有人说：“由于剩余函数是两个等温状态的性质之差，故不能用剩余函数来计算性质随 着温度的变化”，这种说法是否正确？ 答：不正确。剩余函数是针对于状态点而言的；性质变化是指一个过程的变化，对应有两个状态。 3-6 水蒸气定温过程中，热力学内能和焓的变化是否为零？ 答：不是。只有理想气体在定温过程中的热力学内能和焓的变化为零。 3-7 用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多，为什么？能否 交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程？ 答：因为做表或图时选择的基准可能不一样，所以用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多。不能够交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程。 3-8 氨蒸气在进入绝热透平机前，压力为 2.0 MPa ，温度为150℃，今要求绝热透平膨胀机出口液氨不得大于5%，某人提出只要控制出口压力就可以了。你认为这意见对吗？为什么？请画出T -S 图示意说明。 答：可以。因为出口状态是湿蒸汽，确定了出口的压力或温度，其状态点也就确定了。 3-9 很纯的液态水，在大气压力下，可以过冷到比0℃低得多的温度。假设1kg 已被冷至-5℃ 的液体。现在，把一很小的冰晶(质量可以忽略)投入此过冷液体内作为晶种。如果其后
工程热力学第2章习题答案
第2章 热力学第一定律 2-1 定量工质，经历了下表所列的4个过程组成的循环，根据热力学第一定律和状态参数的特性填充表中空缺的数据。 过程 Q/ kJ W/ kJ △U/ kJ 1-2 0 100 -100 2-3 -110 80 -190 3-4 300 90 210 4-1 20 -60 80 2-2 一闭口系统从状态1沿过程123到状态3，对外放出47.5 kJ 的热量，对外作功为 30 kJ ，如图2-11所示。 （1） 若沿途径143变化时，系统对外作功为6 kJ ，求过程中系统与外界交换的热量； （2） 若系统由状态3沿351途径到达状态1，外界对系统作功为15 kJ ，求该过程与外界 交换的热量； （3） 若U 2=175 kJ ，U 3=87.5 kJ ，求过程2-3传递的热量，及状态1的热力学能U 1。 图2-11 习题2-2 解：（1）根据闭口系能量方程，从状态1沿途径123变化到状态3时，12313123Q U W ?=?+， 得1347.5kJ 30kJ 77.5kJ U ??=??=? 从状态1沿途径143变化到状态3时，热力学能变化量13U ??保持不变，由闭口系能量方程14313143Q U W ?=?+，得14377.5kJ 6kJ 71.5kJ Q =?+=?，即过程中系统向外界放热71.5kJ （2）从状态3变化到状态1时，()31133113U U U U U U ???=?=??=??，由闭口系能量方程35131351Q U W ?=?+，得35177.5kJ 15kJ 62.5kJ Q =?=，即过程中系统从外界吸热92.5kJ （3）从状态2变化到状态3体积不变，3 23232323232 Q U W U pdV U ???=?+=?+=?∫ ， 因此23233287.5kJ 175kJ 87.5kJ Q U U U ?=?=?=?=?
广大复习资料之工程热力学第2章思考题答案
第二章气体的热力性质 思考题 2-1 容器内盛有一定量的理想气体，如果将气体放出一部分后达到了新的平衡状态，问放气前、后两个平衡状态之间参数能否按状态方程表示为下列形式： （a ） 2 221 11T v P T v P = （b ） 2 221 11T V P T V P = 答：放气前、后两个平衡状态之间参数能按方程式（a ）形式描述，不能用方程式（b ）描述，因为容器中所盛有一定量的理想气体当将气体放出一部分后，其前、后质量发生了变化，根据1111RT m v p =，2222RT m v p =，而21m m ≠可证。 2-3 一氧气瓶内装有氧气，瓶上装有压力表，若氧气瓶内的容积为已知，能否算出氧气的质量。 答：能算出氧气的质量。因为氧气是理想气体，满足理想气体状态方程式mRT PV =。根据瓶上压力表的读数和当地大气压力，可算出氧气的绝对压力P ，氧气瓶的温度即为大气的温度；氧气的气体常数为已知；所以根据理想气体状态方程式，即可求得氧气瓶内氧气的质量。 2-4 夏天，自行车在被晒得很热的马路上行驶时，为何容易引起轮胎爆破？ 答：夏天自行车在被晒得很热的马路上行驶时，轮胎内的气体（空气）被加热，温度升高，而轮胎的体积几乎不变，所以气体容积保持不变，轮胎内气体的质量为定值，其可视为理想气体，根据理想气体状态方程式mRT PV =可知，轮胎内气体的压力升高，即气体作用在轮胎上的力增加，故轮胎就容易爆破。 2-5 气瓶的体积为5L ，内有压力为101325Pa 的氧气，现用抽气体积为0.1L 的抽气筒进行抽气。由于抽气过程十分缓慢，可认为气体温度始终不变。为了使其压力减少一半,甲认为要抽25次,他的理由是抽25次后可抽走25×0.1L=2.5L 氧气，容器内还剩下一半的氧气,因而压力就可减少一半;但乙认为要抽50次，抽走50×0.lL=5.0L 氧气，相当于使其体积增大一倍，压力就可减少一半。你认为谁对? 为什么? 到底应该抽多少次? 答：甲和乙的看法都是错误的。 甲把氧气的体积误解成质量,导出了错误的结论,在题设条件下，如果瓶内氧气质量减少了一半，压力确实能相应地减半。但是抽出氧气的体积与抽气时的压力、温度有关,并不直接反映质量的大小。因此,氧气体积减半，并不意味着质量减半。 乙的错误在于把抽气过程按定质量系统经历定温过程进行处理。于是他认为体积增大一倍，压力就减半。显然在抽气过程中，瓶内的氧气是一种变质量的系统,即使把瓶内的氧气与被抽走的氧气取为一个联合系统，联合系统内总质量虽然不变，但瓶内氧气的参数与被抽放的氧气的参数并不相同，也同样无法按定质量的均匀系统进行处理。 设初始质量RT V P m 1= ，抽气一次，减少质量'm ，剩余质量2m 。 则m RT V P m 02.05 1.0'1=?= ，则m m 98.02=
化工热力学第二章第三章习题答案
思考题 3-1气体热容，热力学能和焓与哪些因素有关？由热力学能和温度两个状态参数能否确定气体的状态？ 答：气体热容，热力学能和焓与温度压力有关，由热力学能和温度两个状态参数能够确定气体的状态。 3-2 理想气体的内能的基准点是以压力还是温度或是两者同时为基准规定的？ 答：理想气体的内能的基准点是以温度为基准规定的。 3-3 理想气体热容差R p v c c -=是否也适用于理想气体混合物？ 答：理想气体热容差R p v c c -=不适用于理想气体混合物，因为混合物的组成对此有关。 3-4 热力学基本关系式d d d H T S V p =+是否只适用于可逆过程？ 答：否。热力学基本关系式d d d H T S V p =+不受过程是否可逆的限制 3-5 有人说：“由于剩余函数是两个等温状态的性质之差，故不能用剩余函数来计算性质随 着温度的变化”，这种说法是否正确？ 答：不正确。剩余函数是针对于状态点而言的；性质变化是指一个过程的变化，对应有两个状态。 3-6 水蒸气定温过程中，热力学内能和焓的变化是否为零？ 答：不是。只有理想气体在定温过程中的热力学内能和焓的变化为零。 3-7 用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多，为什么？能否 交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程？ 答：因为做表或图时选择的基准可能不一样，所以用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多。不能够交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程。 3-8 氨蒸气在进入绝热透平机前，压力为 2.0 MPa ，温度为150℃，今要求绝热透平膨胀机出口液氨不得大于5%，某人提出只要控制出口压力就可以了。你认为这意见对吗？为什么？请画出T -S 图示意说明。 答：可以。因为出口状态是湿蒸汽，确定了出口的压力或温度，其状态点也就确定了。 3-9 很纯的液态水，在大气压力下，可以过冷到比0℃低得多的温度。假设1kg 已被冷至-5℃ 的液体。现在，把一很小的冰晶(质量可以忽略)投入此过冷液体内作为晶种。如果其后在5 1.01310Pa ?下绝热地发生变化，试问：(1)系统的终态怎样？(2)过程是否可逆？ 答：压力增高，又是绝热过程，所以是一个压缩过程（熵增加，若为可逆过程则是等熵过
化工热力学第3章 习题解答
第3章 均相封闭体系热力学原理及其应用 一、是否题 1. 热力学基本关系式dH=TdS+VdP 只适用于可逆过程。（错。不需要可逆条件，适用于只 有体积功存在的封闭体系） 2. 当压力趋于零时，()()0,,≡-P T M P T M ig （M 是摩尔性质）。（错。当M ＝V 时，不恒 等于零，只有在T ＝T B 时，才等于零） 3. 纯物质逸度的完整定义是，在等温条件下，f RTd dG ln =。（错。应该是=-ig G G 0 ()0ln P f RT 等） 4. 当0→P 时，∞→P f 。（错。当0→P 时，1→P f ） 5. 因为? ?? ? ??-=P dP P RT V RT 01ln ?，当0→P 时，1=?，所以，0=- P RT V 。（错。从积分式看，当0→P 时，P RT V - 为任何值，都有1=?；实际上，0lim 0=? ???? ???? ??-=→B T T P P RT V 6. 吉氏函数与逸度系数的关系是()()?ln 1,,RT P T G P T G ig ==-。（错,(),(T G P T G ig - f RT P ln )1==） 7. 由于偏离函数是两个等温状态的性质之差，故不可能用偏离函数来计算性质随着温度的 变化。（错。因为： ()()()()[ ]()()[]()()[] 0102011102221122,,,,,,,,P T M P T M P T M P T M P T M P T M P T M P T M ig ig ig ig -+---=-） 二、选择题 1. 对于一均相体系，V P T S T T S T ??? ??-??? ??????等于（D 。 P V V P V P T V T P T C C T S T T S T ??? ????? ??=-=??? ??-??? ??????????） A. 零 B. C P /C V C. R D. P V T V T P T ??? ????? ??????
(完整版)化工热力学标准答案(第三版).
化工热力学课后答案（第三版）陈钟秀编著 2-1.使用下述方法计算1kmol 甲烷贮存在体积为0.1246m 3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K 方程；（3）普遍化关系式。 解：甲烷的摩尔体积V =0.1246 m 3/1kmol=124.6 cm 3/mol 查附录二得甲烷的临界参数：T c =190.6K P c =4.600MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程 P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa (2) R-K 方程 2 2.52 2.560.52 6 8.314190.60.427480.42748 3.2224.610 c c R T a Pa m K mol P -?===???? 53168.314190.6 0.08664 0.08664 2.985104.610 c c RT b m mol P --?===??? ∴() 0.5RT a P V b T V V b = --+ ()()50.555 8.314323.15 3.222 12.46 2.98510323.1512.461012.46 2.98510---?= --???+? =19.04MPa (3) 普遍化关系式 323.15190.6 1.695r c T T T ===124.699 1.259r c V V V ===＜2 ∴利用普压法计算，01Z Z Z ω=+ ∵c r ZRT P P P V = = ∴c r PV Z P RT =
654.61012.46100.21338.314323.15 c r r r PV Z P P P RT -???===? 迭代：令Z 0=1→P r0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z 0=0.8938 Z 1=0.4623 01Z Z Z ω=+=0.8938+0.008× 0.4623=0.8975 此时，P=P c P r =4.6×4.687=21.56MPa 同理，取Z 1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z 值相差很小，迭代结束，得Z 和P 的值。 ∴ P=19.22MPa 2-2.分别使用理想气体方程和Pitzer 普遍化关系式计算510K 、2.5MPa 正丁烷的摩尔体积。已知实验值为1480.7cm 3/mol 。 解：查附录二得正丁烷的临界参数：T c =425.2K P c =3.800MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.193 （1）理想气体方程 V=RT/P=8.314×510/2.5×106=1.696×10-3m 3/mol 误差： 1.696 1.4807 100%14.54%1.4807 -?= （2）Pitzer 普遍化关系式 对比参数：510425.2 1.199r c T T === 2.53.80.6579r c P P P ===—普维法 ∴0 1.6 1.60.4220.422 0.0830.0830.23261.199r B T =- =-=- 1 4.2 4.2 0.1720.172 0.1390.1390.058741.199 r B T =- =-=- 01c c BP B B RT ω=+=-0.2326+0.193×0.05874=-0.2213
工程热力学思考题答案,第三章
工程热力学思考题答案,第 三章 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
第三章理想气体的性质 1.怎样正确看待“理想气体”这个概念在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式 答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。若为理想气体则可使用理想气体的公式。 2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异是否因所处状态不同而异任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m 3 /mol 答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m 3 /mol 3.摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异 答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。 4.如果某种工质的状态方程式为pv =R g T，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗 答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。
5.对于一种确定的理想气体，()p v C C -是否等于定值 p v C C 是否为定值在不同温度下()p v C C -、p v C C 是否总是同一定值 答：对于确定的理想气体在同一温度下()p v C C -为定值， p v C C 为定值。在不同温度下()p v C C -为定值，p v C C 不是定值。 6.麦耶公式p v g C C R -=是否适用于理想气体混合物是否适用于实际气 体 答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。 7.气体有两个独立的参数，u(或 h)可以表示为 p 和 v 的函数，即(,)u u f p v =。但又曾得出结论，理想气体的热力学能、焓、熵只取决于温度，这两点是否矛盾为什么 答：不矛盾。实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略了分子间的作用力，所以只取决于温度。 8.为什么工质的热力学能、焓、熵为零的基准可以任选理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值对理想气体的熵又如何 答：在工程热力学里需要的是过程中热力学能、焓、熵的变化量。热力学能、焓、熵都只是温度的单值函数，变化量的计算与基准的选取无关。热力学能或焓的参照状态通常取 0K 或
工程热力学 第二章整理知识点第三版
工程热力学第三版 沈维道蒋智敏童钧耕合编 第二章热力学第一定律 热力学第一定律(能量守恒与转换定律):自然界中的一切物质都具有能量, 能量不可能被创造, 也不可能被消灭;但能量可以从一种形态转变为另一种形态,且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。它确定了热力 过程中热力系与外界进行能量交换时,各种形态能量数量上的守恒关系。 能量是物质运动的度量。分子运动学说阐明了热能是组成物质的分子、原子等微粒的杂乱运动———热运动的能量。 根据气体分子运动学说,热力学能是热力状态的单值函数。在一定的热 力状态下, 分子有一定的均方根速度和平均距离, 就有一定的热力学能, 而与达到这一热力状态的路径无关,因而热力学能是状态参数。由于气体的热力状态可由两个独立状态参数决定, 所以热力学能一定是两个独立状态参数的函数,如: u = f( T, v) 或 u = f( T, p) ; u = f( p, v)
能量传递方式:作功和传热。作功来传递能量总是和物体的宏观位移有关。 功的形式除了膨胀功或压缩功这类与系统的界面移动有关的功外, 还有因工质在开口系统中流动而传递的功, 这种功叫做推动功。对开口系统进行功的计算时需要考虑这种功。 开口系统和外界之间功的交换。 取燃气轮机为一开口系统,当1 kg工质从截面 1 - 1 流入该热力系时, 工质带入系统的 推动功为 p 1 v 1 , 工质在系统中进行膨胀, 由状态 1 膨胀到状态 2, 作膨胀功 w, 然后从截面 2 - 2 流出, 带出系统的推动功为 p 2 v 2 。推动功差 Δ( pv) = p 2 v 2 - p 1 v 1 是系统为维持工质流动所需的功,称为流动功（系统为维持工质流动所需的功）。在不考虑工质的动能及位能变化时,开口系与外界交换的功量是膨胀功与流动功之差w - ( p 2 v 2