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第4章理想气体热力过程及气体压缩

4．1 本章基本要求

熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p 、v 、T 、?u 、?h 、

?s 的计算，过程量Q 、W 的计算，以及上述过程在p -v 、T -s 图上的表示。

4．2 本章重点

结合热力学第一定律，计算四个基本热力过程、多变过程中的状态参数和过程参数及在p -v 、T -s 图上表示。本章的学习应以多做练习题为主，并一定注意要在求出结果后，在p -v 、T -s 图上进行检验。 4．3 例题

例1．2kg 空气分别经过定温膨胀和绝热膨胀的可逆过程，如图4.1，从初

态1p =9.807bar,1t =300C ο

膨胀到终态容积为初态容积的5倍，试计算不同过程

中空气的终态参数，对外所做的功和交换的热量以及过程中内能、焓、熵的变化量。

图4.1

解：将空气取作闭口系

对可逆定温过程1-2，由过程中的参数关系，得

bar v v p p 961.151

807.9211

2=?==

按理想气体状态方程，得

1p RT v =

=0.1677kg m /3

125v v ==0.8385kg m /3

12T T ==573K 2t =300C ο 气体对外作的膨胀功及交换的热量为

11ln

V V V p Q W T T ===529.4kJ

过程中内能、焓、熵的变化量为

12U ?=0 12H ?=0 12S ?=1T Q T

=0.9239kJ /K 或12S ?=mRln 12

V V =0.9238kJ /K

对可逆绝热过程1-2′, 由可逆绝热过程参数间关系可得

v v p p )

(

211'2= 其中22'v v ==0.8385kg m /3

故

.12)51

(807.9'=p =1.03bar

v p T '

''222=

=301K '2t =28C ο

气体对外所做的功及交换的热量为

)(11)(11'212211T T mR k V p V p k W s --=--=

=390.3kJ

'=s Q

过程中内能、焓、熵的变化量为

T T mc U v 1.390)(1212''-=-=?

或

W U 3.390212'-=-=?

T T mc H p 2.546)(1212''-=-=?

12S ?=0

例2. 1kg 空气多变过程中吸取41.87kJ 的热量时，将使其容积增大10倍，压力降低8倍，求：过程中空气的内能变化量，空气对外所做的膨胀功及技术功。

解：按题意 kg kJ q n /87.41= 1210v v = 1251

p p =

空气的内能变化量：由理想气体的状态方程

111RT V p = 222RT V p =

得：

12810T T =

多变指数

903

.010ln 8

ln )/ln()/ln(1221===

v v p p n 多变过程中气体吸取的热量

1212141)(1)(T n k

n c T T n k n c T T c q v v

n n --=---=-=

K T 1.571= 气体内能的变化量

kg kJ T T mc U v /16.8)(1212=-=?

空气对外所做的膨胀功及技术功：膨胀功由闭系能量方程

kg kJ u q w n /71.331212=?-=

或由公式

]

)

(1[11

2112n

n p p RT n w ---=来计算

技术功：kg

kJ nw p p RT n n w n

n /49.30])

(1[11211

2112==--=-

例3：一气缸活塞装置如图4.2所示，气缸及活塞均由理想绝热材料组成，活塞与气缸间无摩擦。开始时活塞将气缸分为A 、B 两个相等的两部分，两部分

中各有1kmol 的同一种理想气，其压力和温度

均为p 1=1bar ，t 1=5℃。若对A 中的气体缓慢加热（电热），使气体缓慢膨胀，推动活塞压缩

B 中的气体，直至A 中气体温度升高至127℃。试求过程中B 气体吸取的热量。设气体

.120=v C kJ/(kmol ·K)，

.120=p C kJ/(kmol ·K)。气缸与活塞的热容量可以忽略不计。

解：取整个气缸内气体为闭系。按闭系能量方程

ΔU =Q －W

因为没有系统之外的力使其移动，所以W =0

则 B v B A v A B A T C n T C n U U U Q ?+?=?+?=?=00

图4.2

其中 1==B A n n kmol

故 )(0B A v T T C Q ?+?= （1）

在该方程A T ?中是已知的，即1212T T T T T A A A A -=-=?。只有B T ?是未知量。当向A 中气体加热时，A 中气体的温度和压力将升高，并发生膨胀推动活塞右移，使B 的气体受到压缩。因为气缸和活塞都是不导热的，而且其热容量可以忽略不计，所以B 中气体进行的是绝热过程。又因为活塞与气缸壁间无摩擦，而且过程是缓慢进行的，所以B 中气体进行是可逆绝热压缩过程。

按理想气体可逆绝热过程参数间关系

k B p p T T 11212-????

??= （2）

由理想气体状态方程，得

初态时

1)(p T R n n V M B A +=

终态时 2

222)

(p T R n T R n V B M B A M A +=

其中V 1和V 2是过程初，终态气体的总容积，即气缸的容积，其在过程前后不变，

故V 1=V 2，得

2233)

()(p T R n T R n p T R n n B M B A M A M B A +=

因为 1==B A n n kmol

所以 1212122T

T T T p p B A +=???? ?? （3）合并式（2）与（3），得

k A p p T T p p 1

1212122-?

? ??+=???? ??

比值12

p p 可用试算法求用得。

按题意已知： 1722732+=A T =445K ，52731+=T =278K

.088.2056

.12111110=-=-=-=-p vo C C k k k

故

.012122784452?

??? ??+=???? ??p p p p

计算得： 12

p p =1.367

代式入（2）得

315367.12784

.011212=?=?

??=-）（k

k B p p T T

代入式（1）得

Q =12.56[(445－278)+(315－278)]=2562kJ

例4：2kg 的气体从初态按多变过程膨胀到原来的3倍，温度从300℃下降至60℃，已知该过程膨胀功为100kJ 自外界吸热20kJ ，求气体的c p 和c v 各是多少？

现列出两种解法：解1：由题已知：V 1=3V 2

由多变过程状态方程式

2112-???? ??=n V V T T

即

2ln ln

1V V T T n =

- 494.1131

ln 27330027360ln 1ln

12=+?

?? ??++=+=V V lm T T n

由多变过程计算功公式：

kJ 100)(11

21=--=T T R n m W

故

)333573(2)1494.1(100)()1(21--=

--=

T T m n W R

=0.1029kJ/kg ·K

式中

c k R c c v p v -?=-=

得

1-=

k R

c v 代入热量公式

kJ 20)573333(11029

.01494.1494.12)(1112=--?--?=--?--=k k T T k R n k n m Q

得 k =1.6175 ∴

K kJ/kg 1666.016175.11029

.01?=-=-=

k R c v

c p =c v ·k=0.1666×1.6175=0.2695kJ/kg ·K

解2：用解1中同样的方法求同n =1.494

R=0.1029kJ/kg ·K

由 )(12T T mc U v -=? 即 )(12T T mc W Q v -=-

得

K kJ/kg 167.0)573333(210020)(12?=--=

--=

T T m W

Q c v

K kJ/kg 2695.01029.0167.0?=+=+=R

c c v p

例5：1kg 空气分两种情况进行热力过程，作膨胀功300kJ 。一种情况下吸热380kJ ，另一情况下吸热210kJ 。问两种情况下空气的内能变化多少？若两个过程都是多变过程，求多变指数，并将两个过程画在同一张p -v 图上。按定比热容进行计算。

解：（1）求两个过程的内能变化。两过程内能变化分别为：

kJ/kg 80300380111=-=-=?w q u kJ/kg 90300210222-=-=-=?w q u

（2）求多变指数。

K 6.111717.080

11==?=

?v c u T K 125717.090

22-=-=?=

?v c u T 因为

T R n w ?-=

所以，两过程的多变指数分别为：

3．如果气体按p c v

/=规律膨胀，其中c 为常数，则此过程中理想气体被加热还是被冷却。

4．在多变过程中热量和功量之间的关系等于什么，即n n q w /=?

5．试在T -s 图上用过程线和横坐标之间的面积来分析相同初态和相同终态压力下的定温、多变、绝热压缩中的能量转换关系，比较哪种压缩时耗功量最小。

6．如果气体压缩机在汽缸中采取各种冷却方法后，已能按定温过程进行压缩，这时是否还要采用分级压缩，为什么。

7．在常压下对3kg 水加热，使水温由25C ο升到95C ο，设环境温度为15C ο

求水吸收热量的可用能为多少，若将95C ο的3kg 水与20C ο

的2kg 水混合，求

混合过程中的可用能损失

8．一台两级空气压缩机，进口流量为103

m /min ，压力从1bar 升高到1.5bar ，如压缩轴功为最小，则中间压力为多少，如n =1.3 , 求两级压缩比单级压缩所节约的轴功。

9．容器被闸门分成两部分，A 中气体参数为P A 、T A ，B 为真空。现将隔板抽去，气体作绝热自由膨胀，终压降为P 2。试问终了温度T 2是否可用下式计算？为什么？

κκ112

2-?

? ??=p p T T A

10．一绝热刚体容器，用隔板分成两部分，左边为高压气体，右边为真空，抽去隔板时，气体立即充满整个容器，问工质内能、温度如何变化，如该刚体容器是绝对导热的，则工质内能，温度又如何变化？

11．如图4.4所示，ABC q 与 ADC q 谁大

图4.4 图4.5 12．如图4.5所示，234q 与 214q 谁大，234w 与 214w 谁大

13．试比较图4.6中所示的循环1—2—3—4—1与卡诺循环1'—2—3'—4—1'的热效率，并讨论上述比较结果与“卡诺循环热效率最高”这一结论是否矛盾。

18．R=377J(kg·K)，k=1.25的理想气体1.36kg，从p1=551.6kPa，t1=60℃经定容过程达到p1=1655kPa。过程中除了以搅拌器搅动气体外，还加入热量105.5kJ。求：

（1）终态温度t2；

（2）经搅拌器输入的功量；

（3）气体内能的变化；（4）气体熵的变化。

19．1.134kg 理想气体,c p =2.232kJ/(kg ·K)，c v =1.713kJ/(kg ·K)，p 1=586kPa ，

t 1=26.7℃。经可逆定温过程到状态2，过程中放出热量317kJ 。求：

（1）过程初、终态的容积V 1、V 2和过程终了的压力p 2；（2）过程中所作的功量W ；（3）过程中ΔS 和ΔH 。

20．气缸内盛1kg 氢气，初态p 1=10MPa ，v 1=0.16m 3/kg ，进行一不可逆过程。当过程到达终态时，p 2=1.5MPa ，v 2=1.0m 3/kg 。过程中加热400kJ/kg 。

（1）求此不可逆过程所作的功；

（2）若自终态先经可逆定压过程，再经可逆定容过程回到初态，问所需量功多少？

（3）若自终态先经可逆定容过程，再经可逆定压过程回到初态，问所需功量多少？与（2）的结果是否相等？

21．贮氧气的钢性容积为0.04m 3，环境温度20℃，筒内氧气p 1=15MPa ，t 1=20℃。由于迅速开启阀门，筒内氧气定熵地达到p 2=7.5MPa ，随后阀门又立即关闭，筒内氧气又重新恢复到20℃，问时氧气的压力为多少？并求阀门开启前筒内氧气的质量和阀门开启后还残留在筒内的氧气质量？如果氧气在初态时，阀门慢慢打开，因而气筒里温度始终保持20℃，压力则降为3.5Mpa ，问此时残留在筒内的氧气质量又为多少？

22．空气稳定流经控制容积，进行定熵过程。温度从4.44℃增至115.6℃，质量流量为1.36kg/s ，动能和位能变化可略去不计。求：

（1）流动过程中与外界交换的功量、热量和ΔU 、ΔH 和ΔS ；（2）空气所作的膨胀功量。

23．柴油机气缸吸入温度t 1=60℃的空气2.5×10-3m 3，经可逆绝热压缩，空气的温度等于（或约等于）燃料的着火温度。若燃料的着火点为720℃，问空气应被压缩到多大的容积？

24．空气的初态为p 1=150kPa ，t 1=27℃，今压缩2kg 空气，使其容积为原来

的41

。若压缩一次系在可逆定温下进行，另一次在可逆绝热下进行，求这两种情

况下的终态参数、过程热量、功量以及内能的变化，并画出p -v 图，以比较两种压缩过程功量的大小。

25．若已知空气的p 1=10MPa 、t 1=1000℃，从初态开始，一次作可逆定温膨胀，一次作可逆绝热膨胀的终态比容相同，而在绝热膨胀终态温度t 2=0℃。试确

定空气的定温膨胀功是绝热膨胀功的多少倍？

26．贮气箱的V =0.5m 3，贮CO 2，压力p 1=600kPa ，t 1=527℃，定容下从气体抽出400kJ 热量，问压力变为多少？假定比热c =f (t )，且为直线关系。

27．1kg 空气，初态p 1=1MPa ，t 1=500℃，在气缸中可逆定容放热2p =500kPa ，然后经可逆绝热压缩到t 3=500℃，再经可逆定温过程的回到初态。求各过程的功量和热量，内能变化，焓的变化和熵的变化各为若干？

4．4 自测题

一、是非题

1．气体从绝热容器中做自由膨胀，则气体的温度与压力变化的关系式为

k P P T T 112

12-???

? ??= ( )

2．多变过程曲线上取任意两点的参数，所求得的多变指数n 的值都相同( )

3．多变过程中，轴功与膨胀功之间存在下列关系Ws =nW ( ) 4．容积效率的大小只与余隙容积有关。( ) 5．多变指数n 为负值的过程只能是放热过程。( ) 6．在T -s 图上,任意两条可逆绝热过程线不能相交。( ) 7．比热可能出现负值（）

8．要得到较高的压力,不一定要采用多级压缩。( )

9．有余隙的压气机若能实现定温压缩,即使要达到较高的压力也不必采用多级压缩。( )

10．压缩1kg 气体所需的理论轴功,无论压缩与膨胀过程的多变指数是否相同,都与余隙容积的大小无关。( )

二、选择题

1．某理想气体，经可逆定压过程对外作功W ，则其内能的变化量和与外界交换的热量分别为＿＿＿。

A 无确定值 B

k w

u =

?，w q =； C

w u =?，kw q =

)1(-=

?κw u ，)1(-=

κκw

2．一个橡皮气球在太阳下被照晒，气球在吸热过程中膨胀，气球内的压力正比于气球的容积。则气球内的气体进行的是＿＿＿。

A 定压过程

B 多变过程

C 定温过程

D 定容过程

3．多级（共Z级）压气机压力比的分配原则应是（）。

A β

i = （P

Z+1

）/ Z B β

= （P

Z+1

/ P

）1 / Z

C β

i = （P

Z+1

）/P

D β

= （P

Z+1

/ P

）/ Z

4．系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后，欲使系统回复到初态，系统需要进行一个____ 过程

A 可逆绝热压缩

B 不可逆绝热压缩

C 边压缩边吸热

D 边压缩边放热

5．理想气体n<0的多变膨胀过程具有

A q> 0 w>0 ?u>0

B q<0 w>0 ?u<0;

C q>0 w>0 ?u<0

D q<0 w>0 ?u>0。

三、填空

1．在T-s图上,定压线的斜率是，定容线的斜率是

2．在P-v图上,定温线的斜率是 , 定熵线的斜率是

3．定熵过程P与T之间的关系是 ,T与v之间的关系式

4．气体多变过程中，工质放热膨胀的多变指数范围是，工质膨胀升温的范围是。

5．理想气体多变指数为n=1时, 系统与外界传热量_________，多变指数为n=±∞时,系统与外界传热量。

四、回答问题

1．压气机定温效率

2．最佳级间压力比的求法

3．对n=1.1的膨胀过程，判断q、w、?u正负

4．对工质既降温又放热的压缩过程,判断n的范围

五．计算题

1．空气由P1=6.86MPa，t1=26℃，v1=0.03m3，定压膨胀到v2=0.09m3，然后按

多变过程pv1..5=常数，膨胀到T3=T1，最后沿等温过程回复到初态。

（1）求过程1—2及3—1中的功与热量。

（2）将过程1-2-3-1画在p-v图及T-s上

2．1kg空气由1T=300K，P1=0.15Mpa，变化到2T=480K , 2p=0.15Mpa。若a) 采用定压过程b) 采用先定温后定容过程。

试（1）将上述二过程画在p-v图及T-s图上。

（2）求上述二过程中的膨胀功，热量及熵的变化。

3．容积为0.4m3的氧气瓶，初态P1=15MPa，t1=20℃，用去部分氧气后，压力降为P2=7.5MPa，在放气过程中，如瓶内留下的氧气按定熵过程计算，问共用去多少氧气，最后由于从环境吸热，经一段时间后，瓶内氧气温度又回复到20℃。求：此时瓶内的氧气压力。

理想气体基本热力过程要点

理想气体的基本热力过程热力设备中，热能与机械能的相互转化，通常是通过气态工质的吸热、膨胀、放热、压缩等热力过程来实现的。实际的热力过程都很复杂，而且几乎都是非平衡、非可逆的过程。但若仔细观察会发现，某些常见过程非常近似一些简单的可逆过程。常见的主要有四种简单可逆过程-基本热力过程，指系统某一状态参数保持不变的可逆过程。包括定容过程、定压过程、定温过程和绝热过程。我们以1kg理想气体的闭口系统为例来分析这几种基本热力过程，分析方法包括5点：（1）依据过程特点建立过程方程式；（2）由过程方程和理想气体状态方程确定初、终态基本状态参数之间的关系，即P1、v1、T1和P2、v2、T2之间的关系；（3）绘制过程曲线；我们主要绘制两种坐标图P-v图和T-s图，因为P-v图上可以表示过程中做功量的多少，而T-s图上可以表示过程中吸收或放出热量的多少；（4）分析计算△u，△h，△s；（5）分析计算过程的热量q和功w。一、定容过程定容过程即工质的容积在整个过程中维持不变，dv=0，通常是一定量的气体在刚性容器中进行定容加热或定容放热。（1）依据过程特点建立过程方程式定容过程的特点是体积保持不变，所以建立过程方程式： v=常数；或dv=0 或v1=v2 （2）由过程方程和理想气体状态方程确定初、终态基本状态参数之间的关系过程方程式：v1=v2

理想气体状态方程：112212 Pv P v T T = 由以上两个方程可以得到初末基本状态参数之间的关系： 122211 v v P T P T =???=?? 即定容过程中工质的压力与温度成正比。（3）绘制过程曲线；定容过程有两种情况：定容加热和定容放热。（4）分析计算△u ，△h ，△s ； 2211 v v u u u c dT c T ?=-==?? 2 211p p h h h c dT c T ?=-==?? 222111 ln ln ln p v v v P P s c c c v P P ?=+=或222111ln ln ln v v T v T s c R c T v T ?=+= （5）分析计算过程的热量q 和功w 。容积变化功：2 10w Pdv ==? 根据q=△u+w 可得： v q u c T =?=? 总结：定容过程中系统与外界无容积变化功，加给工质的热量全部用于增加工质的热力学能，而没有热能与机械能的转化。

湖南大学工程热力学第4章理想气体热力过程(复习题)

第4章理想气体热力过程及气体压缩 4．1 本章基本要求熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p 、v 、T 、?u 、 ?h 、?s 的计算，过程量Q 、W 的计算，以及上述过程在p -v 、T -s 图上的表示。 4．2 本章重点结合热力学第一定律，计算四个基本热力过程、多变过程中的状态参数和过程参数及在p -v 、T -s 图上表示。本章的学习应以多做练习题为主，并一定注意要在求出结果后，在p -v 、T -s 图上进行检验。 4．3 例题例1．2kg 空气分别经过定温膨胀和绝热膨胀的可逆过程，如图4.1，从初态1p =9.807bar,1t =300C ο膨胀到终态容积为初态容积的5倍，试计算不同过程中空气的终态参数，对外所做的功和交换的热量以及过程中内能、焓、熵的变化量。图4.1 解：将空气取作闭口系对可逆定温过程1-2，由过程中的参数关系，得 bar v v p p 961.15 1 807.9211 2=?==

按理想气体状态方程，得1 1 1p RT v = =0.1677kg m /3 125v v ==0.8385kg m /3 12T T ==573K 2t =300C ο 气体对外作的膨胀功及交换的热量为 1 2 11ln V V V p Q W T T ===529.4kJ 过程中内能、焓、熵的变化量为 12U ?=0 12H ?=0 12S ?= 1 T Q T =0.9239kJ /K 或12S ?=mRln 1 2 V V =0.9238kJ /K 对可逆绝热过程1-2′, 由可逆绝热过程参数间关系可得 k v v p p )( 2 11'2= 其中22'v v ==0.8385kg m /3 故 4.12)5 1 (807.9'=p =1.03bar R v p T ' ''222= =301K '2t =28C ο 气体对外所做的功及交换的热量为 )(1 1)(11'212211T T mR k V p V p k W s --=--= =390.3kJ 0'=s Q 过程中内能、焓、熵的变化量为 kJ T T mc U v 1.390)(1212''-=-=? 或kJ W U 3.390212'-=-=? kJ T T mc H p 2.546)(1212''-=-=? '12S ?=0

第3章理想气体性质与过程

第3章理想气体性质与过程基本要求 1．熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式。 2．正确理解理想气体比热容的概念；熟练掌握和正确应用定值比热容、平均比热容计算过程热量，以及计算理想气体热力学能、焓和熵的变化。 3．熟练掌握4种基本过程以及多变过程的初终态基本状态参数p,v,T，之间的关系。 4．熟练掌握4种基本过程以及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。 5．能将各过程表示在p-v图和T-s图上，并能正确地应用p-v图和T-s图判断过程的特点，即及w等的正负值。 3-1 理想气体的概念和气体状态方程一.理想气体的概念 1、假设:(1)分子都是弹性的不占体积的质点； (2)分子相互之间没有作用力。 2、研究理想气体有重要的实用意义和理论意义。 3、能否作为理想气体处理的依据： (1) 气体所处的状态是否远离液态； (2) 工程上所允许的误差。 4、可作为理想气体处理的常见气体。在常温、常压下O2、N2、CO、H2、空气、燃气离液态较远，可作理想气体处理。二.理想气体状态方程 1、状态方程： 2、R与Rm: R：气体常数，J/kg.k，与工质有关，但与状态无关。

Rm：通用气体常数，J/kmol.k，与工质及状态均无关。 3、说明 3-2 理想气体的比热容一、定义：准静态过程中，单位物量的物体温度升高1度（或1开）所需的热量。二、种类：有以下六钟常用的比热容：三、cv,cp与状态参数的关系四、理想气体cp,cv的关系五、理想气体比热容的计算

1、真实比热容 2、曲线关系平均比热容（精确） 3、直线关系平均比热容（较精确） 4、定值比热容(最简化，欠精确) 单原子气体双原子气体多原子气体 1.67 1.40 1.29，1.30 3-3 理想气体的内能、焓和熵一、理想气体的内能 1、理想气体的内能是温度的单值函数: 空气：u=f(T,v) 理想气体：u=f(T) 2、理想气体内能的计算式： 3、热工计算中感兴趣的是Δu,基准点可任取。二、理想气体的焓三、理想气体的熵

第三章理想气体的性质与热力过程

工程热力学与传热学第三章理想气体的性质与热力过程典型问题分析一. 基本概念分析 1 c p ，c v ，c p -c v ，c p /c v 与物质的种类是否有关，与状态是否有关。 2 分析此式各步的适用条件: 3 将满足下列要求的理想气体多变过程表示在p-v 图和T-s 图上。（1）工质又膨胀，又升温，又吸热的过程。（2）工质又膨胀，又降温，又放热的过程。 4 试分析多变指数在 1

第四章理想气体的热力过程

第四章理想气体的热力过程一、目的及要求：掌握四种基本热力过程的初终态状态参数的计算，掌握当理想气体经历某一热力过程后系统与外界所交换的热量及功量的计算。掌握多变过程的相关量的计算。会利用给定的已知条件在坐标图上定性的画出相应的过程曲线。二、内容： 4.1研究理想气体的目的及一般方法 4.2定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程及多变过程 4.3过程曲线在相应的坐标图上的表示。三、重点及难点：熟练掌握5种基本过程（定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程及多变过程）的初终态基本状态参数p、v、T之间的关系。 4.2熟练掌握当工质经历了4种基本过程以及多变过程过程系统与外界交换的热量、功量的计算。能将各过程表示在p－v图和T－s图上，并能正确地应用p－v图和T－s图判断过程的特点，即△u，△h，q及w等的正负值。四、主要外语词汇： thermodynamic Process, isometric process, isobaric process, isothermal process, adiabatic process, isentropic process, polytropic process 五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：思考题： 1、在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？ 2、任何定温过程都有?u=0, ?h=0？对于理想气体如何？ 3、绝热过程，工质的温度都不变？反之温度一定变？ 4、从同一初态，分别经历等温过程、等熵过程及n=1.2过程，能否到达同一终态？ 5、一封闭系经某可逆吸热对外作功，问能否用一可逆绝热过程使系统回到初态 6、在p-v及T-s图上如何判断过程中的q、w、?u、?h的正负？作业：

工程热力学思考题答案第三章

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 0℃时焓时为0，热力学能值为 0。熵的基准状态取p 0=101325Pa 、T 0=0K 熵值为 0 。 9.气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态？答：气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态00(,)T P 00T K =

热力学 (习题、答案)

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0=V A 。等体过程中系统吸收的热量与系统内能的增量相等，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 M Q 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

第4章 理想气体热力过程及气体压缩