热力学基础汇总
第十二章 往复式空压机的工作理论
一、学习目的和要求
通过本章学习，掌握往复式空压机的工作性能、工作参数及两级压缩理论。
二、重点与难点
（1）空压机的工作循环、热力学基础、保持空压机工作性能的途径。 （2）空压机的工作参数及两级压缩理论。
三、课程内容
第一节 热力学基础
一、气体的状态参数
在热力学中，我们用压力p 、比容v 、温度T 来描述气体状态，称p 、v 、T 为气体的状态参数，又称其为基本状态参数。
1．压力p
容器内气体分子对容器壁单位面积上的垂直作用力，称为压强(本书称为压力)，也就是气体的绝对压力。2．比容v
单位质量的气体所占有的容积，称为比容。比容的单位为m 3
/kg 。显然，比容的倒数就是密度。
若M (kg)质量的气体，占有的容积为V(m 3
)，则 M V v =
；V
M =ρ ν
ρ1=
3．温度T
温度是标志物体冷热程度的参数。温度的高低，反映了气体内部分子热运动的强弱程度。在热力学计算中，采用热力学温度T (又称绝对温度)，其单位为K 。它与摄氏温度t ℃的关系为
T =t +273，
二、理想气体状态方程式 1．波义耳—马略特定律
一定质量的气体，当温度保持不变时，其体积和压力成反比。即
2
112p p
V V =或=pV 常数 式中 V ——质量为M (kg)的气体所具有的体积，V=Mv ，m 3
。
对1kg(单位质量)气体而言
2
112p p
v v =或=pv 常数 2．盖-吕萨克定律
一定质量的气体，当压力保持不变时，其体积与绝对温度成正比，即
2
1
21T T V V =
对1kg(单位质量)气体而言
2
1
21T T v v = 3．理想气体状态方程式
2
2
111T v p T v p =
或=T v p 常数 对1kg 气体进行研究时，常数用R 表示，所以
=T
v p R 或RT pv =
式中 R ——气体常数。它表示在一定压力下，1kg 气体被加热后，温度升高1K 时所做的膨
胀功，其单位为J/(kg ·K)。对于不同的气体，R 有不同的数值；但对于同一种气体，不论压力、温度、比容如何变化，其值都是相同的。空气的气体常数为287J/(kg ·K)。
对于质量为M kg 的气体，公式的两边应乘以M ，因而得
MRT pvM = MRT pV =
三、内能
气体内部所具有的各种能量的总和，称为气体的内能。理想气体的内能u 只与温度T 有关，即
)(T f u =
内能的单位是焦耳，用J 表示。它与功的单位相同。 四、热力学第一定律
热力学第一定律是能量守恒与能量转换定律在热力工程中的具体应用，即热能与机械能可以相互转换，但转换前后的总能量保持不变。
l u u q +-=12 (18-8) 式中 q —— 加给气体的热量，J/kg ，气体从外界获得热量时，q 取正值，反之取负值；
u 1——初始状态时气体的内能，J/kg ； u 2——终了状态时气体的内能，J/kg ；
l ——气体膨胀功J/kg ，气体对外作功时，l 取正值，反之取负值。 对于质量为M(kg)的气体，则
L U U Q +-=12
就是热力学第一定律的数学表达式，它适用于任何气体的任何热力过程，所以又称为热力学基本方程式。 五、气体的比热容
所谓比热容，就是单位质量的气体，温度变化1K 时，吸收或放出的热量。比热容又简
称比热。
根据比热的定义
1
2T T q c V
V -=
1
2T T q c p p -=
式中 q V ——在定容条件下，1kg 气体与外界的交换热量，J/kg
q p ——在定压条件下，1kg 气体与外界的交换热量，J/kg T 1、T 2—热交换前、后气体的温度，K
在工程计算中，还常用到c V 和c p 的比值，这个比值称为气体的绝热指数，用k 表示，即
v
p c c k =
对于空气，绝热指数k =1.4 六、气体状态的变化过程 1. 定容过程
在比容一定的情况下，气体状态的变化过程叫做定容过程，其方程式为
v =常数
根据理想气体状态方程式RT pv =可得，在定容过程，气体状态参数的变化关系为
2
1
12T T p p = 即在定容过程中，气体的压力与它的热力学温度成正比。
2．定压过程
在压力一定的情况下，气体状态的变化过程叫做定压过程，其方程式为
p =常数
由理想气体状态方程式pv =RT 可知，在定压过程中，气体状态参数的变化关系为
1
2
12T T v v = 即在定压过程中，气体的比容与它的热力学温度成正比
3、等温过程
在温度不变的情况下，气体状态变化过程叫做等温过程，其方程式为
T =常数
由理想气体状态方程式pv =RT 知，在等温过程中，气体状态的变化关系为
2
112p p
v v = 即在等温过程中，气体的压力与它的比容成反比。
4、绝热过程
在与外界没有热量交换的情况下，气体状态的变化过程，叫做绝热过程。实际上，真正的绝热过程是不存在的，但在过程进行中，气体与外界交换的热量很小时，可以近似认为是绝热过程。绝热过程方程式为
kln v +ln p ＝常数
所以有
pv k ＝常数
根据理想气体状态方程式pv =RT 和绝热过程方程式 pv k ＝常数，可以得到下面一组反映绝热过程中气体状态参数之间关系的方程式
k
v v p p
???
? ??=1221 1
1221-???
? ??=k v v T T
k
k p p T T 1
2121-???
?
??=
5、多变过程
多变过程方程式为
常数=n
pv
n 为多变指数，其值可以是-∞到+∞内的任何实数。这说明多变过程有无限多个，但都必须按照pv n =常数的规律进行状态变化。所以前述的定容、定压、定温、绝热四个过程都是多变过程的特殊形式，例如
n ＝０时，p ＝常数，定压过程； n ＝１时，pv ＝常数，等温过程； n ＝ｋ时，pv Ｋ＝常数，绝热过程； n →∞时，v ＝常数，定容过程。
由于多变过程方程式（pv n =常数）和绝热过程方程式（pv Ｋ
=常数）的形式相同，因此，绝热过程中计算功的各种公式和各状态参数间的关系式，都可应用到多变过程上，只需将k 换成n 即可。故
n
v v p p ????
??=1221 1
1221-???
? ??=n v v T T
n
n p p T T 1
2121-???
? ??=
第二节 往复式空压机的工作理论
一、 往复式空压机的理论工作循环
所谓理论工作循环是指：
(1)气缸没有余隙容积。即在排气过程终了时，气缸内没有残留的压气； (2)进、排气道及阀没有阻力。即在吸、排气过程中没有压力损失；
(3)气体与各壁面间没有温差。即进入气缸内的空气与各壁面间没有热量交换，压缩过程中的压缩指数不变；
(4) 气缸压缩容积绝对密封，没有气体泄漏。
空压机完成一个理论工作循环所消耗的功L 等于吸气功L X 、压缩功L Y 和排气功L P 的总和。通常规定：活塞对空气作功为正值；空气对活塞作功为负值。因此，压缩和排气过程的功为正，吸气过程为负。
1、等温压缩时的理论工作循环
在等温压缩过程中，因T 是常数，则2211V p V p =。故循环总功为 ?
??
==++
-=1
21
2
1
2
112211V V V V V V V
dV V p pdV V p pdV V p L 1
21112112111lg 303.2ln ln
p p
V p p p V p V V V p === 可见在等温压缩时的循环功等于压缩过程功。
压缩终止时，空气的温度为
T 2=T 1
空气被压缩时放出的热量为
Q =L
2、绝热压缩时的理论工作循环
在绝热压缩过程中，气体状态方程为
C pV V p V p K K K ===2211
式中 K ——为绝热指数；对空气而言，其值为1.4 压缩功为：
)(1112
111
21
2K
K V V K V V Y V V K C dV V C pdV L ----?===?
? )(1
1
)(11112222121111V p V p K V p V V p V K K K K K --=?-?-=--
因此，绝热压缩时空压机循环总功为： 22112211)(1
1
V p V p V p K V p L +--+-= )(1
1122V p V p K K
--=
]1)
[(111
211--=-K
K p p V p K K
L
绝热压缩时空压机的循环总功等于绝热压缩过程功的K 倍。
压缩终止时空气的温度为
K
K K
K T p p
T T 1111
212)
(--==ε
空气被压缩时放出热量Q =0 3、多变压缩时的理论工作循环
用多变指数n (其中1＜n ＜K )代替绝热指数K 得： 多变压缩时的循环总功
]1)
[(11
1
211--=-n
n p p V p n n
L
压缩终止时空气的温度为
n
n n
n T p p
T T 1111
212)
(--==ε
空气被压缩时放出的热量为
)(1
)(1212T T n n K MC T T MC Q V n ---=-=
4、三种压缩过程的理论工作循环比较 1）．循环总功的比较 2）．压缩终止时温度的比较
二、 往复式空压机实际工作循环 1、实际压缩过程 2、实际排气过程 3、实际膨胀过程 4、实际吸气过程
第三节 保持空压机工作性能的途径
一、影响空压机排气量的因素 1．容积系数
容积系数表示气缸的吸气容积V x 与工作容积V g 之比，用λ
V 表示。即 λV =
g
X
V V 。由于余隙容积V 0中气体的膨胀，气缸工作容积V g 中有⊿V ′部分失去了吸气作用。从而影响了空压机的排气量。一般二级空压机的λV =0.82～0.92。
2．压力系数
压力系数是考虑由于阻力的影响而使排气量减少的系数，用λp 表示。由于滤风器、进气管道、吸气阀通道、排气阀通道、排气管道、排气管道上阀门等处阻力损失的缘故，吸气压力通常低于理论吸气压力(相当于吸气管外的压力)，排气压力要高于理论排气压力(相当于储气罐压力)。从而造成吸气量减少和排气量减少，从两方面影响了空压机的排气量。一般λp =0.95～0.98。
3．温度系数
温度系数是考虑由于温度影响而使排气量减少的系数，用λt 表示。在吸气过程中，由于吸入气缸的空气与缸内残留压气相混合，以及高温缸壁和高温活塞对空气加热，空气克服流动阻力而损失的能量转换为热能等原因使吸气终止时的空气T 1高于理论吸气温度T x (相当于吸气管外的空气温度)，从而降低了吸入空气的密度，减少了吸气量。影响了空压机的排气量。一般λt =0.92～0.98。
4．漏气系数
漏气系数是考虑漏气使排气量减少的系数，用λl 表示。空压机的漏气，主要发生在下列各处：
(1)吸气阀不严密或延迟关闭，压缩时有部分空气返回吸气管道。 (2)排气阀不严密，在吸气时有部分的高压空气自排气阀进入气缸。
(3)活塞与气缸壁之间，活塞杆和填料箱之间的不严密，在压缩和排气时，空气自气缸中漏出。漏气使实际排气量减少。一般λl =0.91～0.98。
5．湿度系数
湿度系数是考虑空气湿度使空压机排气量减少的系数，用λφ表示。大气中含有水蒸气，不同时间不同地点的空气中含有的水蒸气不同，即湿度不同。相当一部分水蒸气在高压力的冷却器、储气罐和管道中被冷凝成水而析出，从而减少了空压机的实际排气量。一般λφ=0.98左右。
二、影响空压机功耗的因素 1．压缩过程对功耗的影响
2．排气和吸气过程对功耗的影响 3．吸气温度对功耗的影响
4.漏气与空气湿度对功耗的影响
三、保持空压机工作性能的途径和措施
综上所述，为了保持空压机工作性能，应从如下几方面入手： 1.减少漏气 2.加强冷却
3.降低吸、排气系统阻力
4.正确选择余隙容积
5.注意润滑
第四节 空压机的指示功率、轴功率和效率
一、排气量的计算 1.理论排气量Q l
理论排气量Q l 是单位时间内活塞所扫过的总容积。 对于单作用空压机 an D nV Q g l 24
π
==
对于双作用空压机 an d D Q l )2(4
22-=
π
2.实际排气量Q p
L P Q Q λ= 式中 λ——排气系数。φλλλλλλ????=L t P V 。 二、功率的计算 1.理论功率l P
空压机按理论工作循环所需的功率，叫做理论功率。 60
1000?∑
=∑=P
V Li l Q L P P
式中 l P ——理论功率，KW ；
V L ——气缸按一定压缩规律压缩单位体积空气所需的循环功，1
V L L V =
； 若绝热压缩 ]1)
[(11
1
211--==-K
K V p p p K K
V L L 。
2．指示功率
单位时间内消耗于实际循环中的功称为指示功率。指示功率P j 可由下式求得 60
100060
1000?∑
=?∑
=V P ji ji j m m nA nL P
式中 P j ——指示功率，KW
L ji ——第i 级气缸在一个实际工作循环中所消耗的指示功，J 。V P ji ji m m A L =。
A ji ——第i 级的示功图面积，cm 2
；
m p ——示功图压力坐标的比例尺，(Ｐa )/cm ； m V ——示功图容器坐标的比例尺，m 3/m ； n ——空压机的曲轴转速，r/min 。 指示效率：理论功率与指示功率之比，即
j
l
j P P =
η
当等温压缩时ηi 为0.72～0.8；当按绝热压缩计算时，ηi 为0.9～0.94。 3．轴功率
原动机传给空压机主轴的实际功率，叫做轴功率。一般由以下三部分组成： (1)空压机的指示功率；
(2)克服运动部件各摩擦部分所需的摩擦功率； (3)空压机中附属机构所需的功率。 轴功率一般都按下式计算：
m
j
P P η=
式中 P ——空压机的轴功率,KW ；
ηm ——空压机的机械效率，%。 三、电功机功率d
P
电动机与空压机之间若有传动装置，则电动机的输出功率为 c
d P
P η)
15.1~05.1(=
式中 d P ——电功机功率，kW ；
1.5～1.15——功率储备系数；
ηc ——传动效率，皮带传动ηc =0.96～0.99。 四、空压机的效率
空压机的效率是用来衡量空压机本身经济性的指标。分为等温效率和绝热效率。
1.等温效率
等温效率为等温功率与轴功率的比值。
P
P de
de =
η 对于单级空压机,(理论)等温功率为:
X
P
P X de p p V p P ln
634.1= 2.绝热效率
绝热效率为绝热功率与轴功率的比值：
P
P ju ju =
η
对于单级空压机，(理论)绝热功率为：
]1)
[(1634.11--=-K
K X
P P X ju p p K K
V p P
多级压缩功率，为单级压缩功率之和。
水冷型空压机常用等温效率衡量；而风冷型空压机则须用绝热效率衡量。
五、比功率
在一定的排气压力下，单位排气量所消耗的功率，叫做比功率。比功率b P 等于轴功率与排气量之比，即
P
b Q P
P =
式中 b P ——比功率，3
min/m KW ?；
P Q ——为实际排气量：L P Q Q λ=，其中L Q 为理论排气量，指单位时间内活
塞所扫过的容积。
第五节 两级压缩
一、采用两级压缩的原因 1.压缩比受余隙容积的限制 2.压缩比受气缸润滑油温的限制 二、两级活塞式空压机的工作循环 1.两级空压机的理论工作循环
两级空压机的理论工作循环除遵循单级压缩时的假定条件外，还假定： (1)各级压缩过程相同，即压缩指数n 相等；
(2)在中间冷却器内把空气冷却至低压气缸的吸气温度，即21T T =；
(3)压气在中间冷却器内按定压条件进行冷却。 2.两级空压机的实际工作循环
3.两级压缩与同条件同终压力的单级压缩相比具有较大的优点。 (1)节省功耗。 (2)降低排气温度。
(3)提高容积系数。随着压缩比的上升，余隙容积中压气膨胀所占的容积增大，使得气缸的有效吸气容积下降。采用两级压缩后，降低了每一级的压缩比，从而提高了气缸的容积系数，增大了空压机的排气量。
(4)降低了活塞上的作用力。在转速行程和气体初始状态及终压力相同的条件下，采用两级压缩时，低压缸活塞面积1S 虽然与单级压缩时的活塞面积相等，但高压缸活塞面积2S 比1S 要少很多, 从而降低了活塞上的作用力。也可以使活塞的质量减少，惯性减少。 三、压缩比的分配
空压机的级数确定以后，压缩比的分配是按最省功的的原则进行的。使空压机循环总功最小的中间压力，称为最有利的中间压力。
设一台两级压缩的空压机，初始压力为1p ，容积为1V ，温度1T ；中间压力为Z p ，容积为Z V ，终了压力为2p 。
由公式]1)
[(11
1
211--=-n
n p p V p n n
L 可求出各级气缸所需的循环功。
(1)低压缸所需循环功
]1)
[(11
1
111--=-n
n Z p p V p n n
L
(2)高压缸所需循环功为
]1)
[(11
22--=-n
n Z
Z Z p p V p n n
L
(3)两级空压机的总循环功为各级循环功之和。 21L L L +=
]1)
[(1]1)
[(11
21
1
11--+--=--n
n Z
Z Z n
n Z p p V p n n
p p V p n n
若中间冷却器冷却完善，使Z T T =1，则有 Z Z V p V p =11
]2)()
[(1121
1
11-+-=--n
n Z
n
n Z p p p p V p n n
L
为确定最有利的中间压力Z p ，即L 最小。则取L 对Z p 的一阶导数，并令其为零，即
0]11[1121
2111
11=----=----
--
n
n Z
n n n
Z
n
n Z p p n
n p p n
n V p n n dp dL
得 n n n n n
Z n n Z p
p
p p
12
11
11
2---
-?=
212
p p p Z =
Z
Z p p
p p 21= 即 21εε= 空压机的总压缩比212112εεε?=?==
Z
Z p p
p p p p 则 1
2
21p p =
=
=εεε 上式表明，在两级压缩的空压机中，为获得最小的功耗，两压缩比应相等，并等于总压缩比的平方根。
为保证按最省功的原则进行压缩比分配，两级气缸的面积和直径应满足如下关系。
在冷却器冷却完善的条件下，Z Z V p V p =11，则
2
1111as as V V p p Z Z ===
=εε 当两活塞的行程21a a =时，
22
2
1211D D s s V V Z ===ε
式中 1s 、2s ——低压缸、高压缸的面积，2
m ； 1D 、2D ——低压缸、高压缸的直径，m ；
1a ，2a ——低压缸、高压缸的行程，m 。
只要行程相同的两个气缸的面积比或直径平方等于总压缩比的平方根，就一定能得到最合理的中间压力。
压缩比的分配还要根据排气量、温度等作适当调整。通常大型空压机为了增加排气量而又不使气缸尺寸过大，往往使第一级压缩比降低(5～10)%，即
εε)95.0~9.0(1=
有时，为了使各级温度均等，因一级的吸气温度较低些，因此，将一级压缩比略为提高。 因此，设计中总是先选定级数，然后按最省功原则分配各级压缩比，最后综合考虑进行修正。
四、作业：
12-3 5 7 9 11
02 化学热力学基础
2 化学热力学基础 习题 1.已知：2Mg(s)+O 2(g )→MgO(s) ΔrHm ＝-1204kJ/mol 计算：（1）生成每克MgO 反应的ΔrH 。 （2）要释放1kJ 热量，必须燃烧多少克Mg ？ 答案:(1)15.05kJ/g ；（2）0.04g 知识点： 难度: 提示： 题解： 2.已知： Cu 2O(s)+2 1O 2(g)→CuO(s) ΔrH m ＝-143.7kJ/mol CuO(s)+Cu(s)→Cu 2O(s)ΔrH m ＝-11.5kJ/mol 计算CuO(s)的标准摩尔生成焓。 答案:-155.2kJ/mol 知识点： 难度: 提示： 题解： 3.当2.50g 硝化甘油［C 3H 5(NO 3)3］分解生成N 2(g)、O 2(g)、CO(g)与H 2O(l)时，放出19.9kJ 的热量。 （1）写出该反应的化学方程式。 （2）计算1mol 硝化甘油分解的ΔrH 。 （3）在分解过程中生成每1mol O 2放出多少热量？ 答案:（1）C 3H 5(NO 3)3→23N 2(g)+27O 2(g)+3CO(g)+2 5H 2O(l)；（2）1806.9kJ/mol ；（3）516.3kJ 知识点： 难度: 提示： 题解： 4.由热力学数据表中查得下列数据： ΔfH m(NH 3,g)=-46.0kJ/mol ΔfH m(NO,g)=90.29kJ/mol ΔfH m(H 2O,g)=-241.8kJ/mol 计算氨的氧化反应：4NH3(g)+5O 2（g ）4NO(g)+6H 2O(g)的热效应ΔrH m 。 答案:-905.64 kJ/mol 知识点： 难度: 提示： 题解： 5.在一敞口试管内加热氯酸钾晶体，发生下列反应：2KClO 3(s)2KCl(s)+3O 2(g)并放出89.5kJ 热量（298.15K ）。
NO.6热力学基础答案
《大学物理C 》作业 班级 学号 姓名 成绩 NO.6 热力学基础 一 选择题 1．气体经过如P —V 图中所示的三个过程abc ，adc ，aec 由a 到c ，则各过程 （A ）吸热相等 （B ）对外做功相等 （C ）吸热和做功都不相等，但内能变化相等 （D ）吸热、做功及内能变化都不相等 [ C ] 解：功和热量都是过程量，都与过程有关，三个过程abc ，adc ，aec 不相同，因此吸热和做功都不相等。 内能是温度的单值函数，是状态函数，只与初态、末态有关，因三个过程abc ，adc ，aec 都是由a 到c ，所以内能变化相等。 2．一定量的理想气体，经过某过程后，它的温度升高了，由热力学定律可断定 （1）该理想气体系统在此过程中吸了热 （2）在此过程中外界对系统做了正功 （3）该理想气体系统内能增加了 （4）在此过程中系统从外界吸了热，又对外做了正功 （A ）（1）（3）正确 （B ）（2）（3）正确 （C ）（3）正确 （D ）（3）（4）正确 （E ）（4）正确 [ C ] 解：内能是温度的单值函数，温度升高只能说明内能增加了。而功和热量都与过程有关，不能只由温度升降而判断其正负。 3．如图所示，工质经a1b 和b2a 构成的一循环过程， 已知在a1b 过程中，工质与外界交换的静热量为Q ， b2a 为绝热过程，循环包围的面积为A ，则此循环效 V
率η为 （A ） Q A （ B ）Q A < （C ）Q A > （D ）1 21T T -（T 1，T 2为循环过程中的最高和最低温度） [ B ] 解：此循环效率为 2 1 21Q += - =Q A Q Q 净η 由热力学第二定律的开尔文表述，热机不能从单一热源吸热而对外做功，该循环的效率应小于Q A 。 4．已知孤立系统B 态的熵S B 小于A 态的熵S A ，即S B ＜S A ，则 （A ）系统可由A 态到B 态 （B ）系统可由B 态到A 态 （C ）对不可逆过程，可由A 态变为B 态，也可由B 态变为A 态 （D ）上述说法都不对 [ B ] 解：由克劳修斯熵公式0d ≥= -=?? B A A B T Q S S S 可逆 ， 等号适用于可逆过程，不等号适用于不可逆过程。孤立系统内发生可逆过程时，系统的熵保持不变，发生不可逆过程时，系统的熵增加。 5. 甲说：“由热力学第一定律可证明任何热机的效率不可能等于1．”乙说：“热力学第二定律可表述为效率等于 100％的热机不可能制造成功．”丙说：“由热力学第一定律可证明任何卡诺循环的效率都等于)/(112T T - ．”丁说：“由热力学第一定律可证明理想气体卡诺热机(可逆的)循环的效率等于)/(112T T -”对以上说法，有如下几种评论，哪种是正确的？ (A) 甲、乙、丙、丁全对． (B) 甲、乙、丙、丁全错． (C) 甲、乙、丁对，丙错． (D) 乙、丁对，甲、丙错．
第十章_热力学定律 知识点全面
第十章热力学定律 知识网络： 一、 功、热与内能 ●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。 ●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U 表示。 ●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。 ●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。 二、 热力学第一定律、第二定律 第一定律表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。表达式u W Q ?=+ 第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。 应用热力学第一定律解题的思路与步骤： 一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。 三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。 四、几种特殊情况： 若过程是绝热的，即Q=0，则：W=ΔU ，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 若过程中不做功，即W=0，则：Q=ΔU ，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU=0，则:W+Q=0,外界对物体做的功等于物体放出的热量。
对热力学第一定律的理解： 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 对热力学第二定律的理解: ①在热力学第二定律的表述中,自发和不产生其他影响的涵义，自发是指热量从高温物体自发地传给低温物体的方向性，在传递过程中不会对其他物体产生影响或需要借助其他物体提供能量等的帮助。不产生其他影响的涵义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，必须通过第三者的帮助，这里的帮助是指提供能量等，否则是不可能实现的。 ②热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 对能量守恒定律的理解： ③在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应，如物体做机械运动具有机械能，分子运动具有内能等。 ④某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 ③某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 三、能量守恒定律 ●能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体，在转化和转移的过程中其总量不变 ●第一类永动机不可制成是因为其违背了热力学第一定律 ●第二类永动机不可制成是因为其违背热力学第二定律（一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行）●熵：是分子热运动无序程度的定量量度，在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的。 ①熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。 ②系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少，也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减少。 ③任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递。 ④一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减少。 ●能量耗散：系统的内能流散到周围的环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用。 四、能源和可持续发展： ●能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。 ●化石能源：人们把煤、石油叫做化石能源。 ●生物质能：生物质能指绿色植物通过光合作用储存在生物体内的太阳能，储存形式是生物分子的化学能。 ●风能：为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，我国新疆、内蒙古等地已经开始大规模利用风力发电。
热力学第四章
第四章均相敞开系统热力学及相平衡准则 1.均相混合物的热力学关系 2.偏摩尔性质 ①定义 1．已知溶液中各组分性质的数据可用表观摩尔性质表示：双元系的组分1的表观摩尔性质μ1= 定义为 式中x1是混合物的摩尔分数，M是摩尔性质，M2是纯组分2在溶液的T和P的摩尔性质。（1）试根据在T，P一定条件下，从作为x1函数的μ1导出确定摩尔性质和的方程式；（2）找出x1=0，x1=1的极限情况下的表达式。 ②的热力学关系式及计算 1. 在一定的T，P下，二元混合物的焓为。其中 ，单位均为J/mol，求（1）H1，H2；（2）。 2. 在一定的温度和常压下，二元溶液中的组分1的偏摩尔焓如服从，并已知纯组分的焓是H1，H2，求出和H表达式。 3.二元气体混合物的和，求。 4.已知苯（1）-环己烷（2）液体混合物在303K和101.3Kpa下摩尔体积是 ,试求此条件下的 (不对称归一化）。 5.解汽缸中置有1gmol理想气体，最初状态为5atm，50℃。求该气体的熵变，试假定不同途径计算之。 6.对于给定的T，p条件，假设二元系统的摩尔性质与组成的关系是
其中分别为两纯组分的摩尔性质，A是与组成无关的常数，求。 ③G-D方程（性质之间的依赖关系） 1.如果在T，P恒定时，某二元系统中组分1的偏摩尔自由焓符合，则组分2 应符合方程式，其中G1，G2是T，P下的纯组分摩尔自由焓；x1，x2是摩尔分数。 2.Kurihara等人测定了丙酮（1）-苯（2）体系在101.3kpa下的气液平衡数据如下: 丙酮和苯的饱和蒸气压可用Antoine方程来描述，已知Antoine方程常数为 试用Herrington法检验这套数据是否符合热力学一致性。 3.在定温定压下，一个简单的二元混合物中某一组分的偏摩尔焓可用下式表示
热力学基础计算题-答案
《热力学基础》计算题答案全 1. 温度为25℃、压强为1 atm 的1 mol 刚性双原子分子理想气体，经等温过程体积膨胀 至原来的3倍． (普适气体常量R ＝8.31 1 --??K mol J 1，ln 3=1.0986) (1) 计算这个过程中气体对外所作的功． (2) 假若气体经绝热过程体积膨胀为原来的3倍，那么气体对外作的功又是多少？ 解：(1) 等温过程气体对外作功为 ??=== 0000333ln d d V V V V RT V V RT V p W 2分 =8.31×298×1.0986 J = 2.72×103 J 2分 (2) 绝热过程气体对外作功为 V V V p V p W V V V V d d 000 03003??-== γγ RT V p 1 311131001--=--=--γγγ γ 2分 ＝2.20×103 J 2分 2.一定量的单原子分子理想气体，从初态A 出发，沿图示直线过程变到另一状态B ，又经过等容、 等压两过程回到状态A ． (1) 求A →B ，B →C ，C →A 各过程中系统对外所作的功W ，内能的增量?E 以及所吸收的热量Q ． (2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外界吸收的总热量(过程吸热的代数和)． 解：(1) A →B ： ))((211A B A B V V p p W -+==200 J ． ΔE 1=ν C V (T B －T A )=3(p B V B －p A V A ) /2=750 J Q =W 1+ΔE 1＝950 J ． 3分 B → C ： W 2 =0 ΔE 2 =ν C V (T C －T B )=3( p C V C －p B V B ) /2 =－600 J ． Q 2 =W 2+ΔE 2＝－600 J ． 2分 C →A ： W 3 = p A (V A －V C )=－100 J ． 150)(2 3)(3-=-=-=?C C A A C A V V p V p T T C E ν J ． Q 3 =W 3+ΔE 3＝－250 J 3分 (2) W = W 1 +W 2 +W 3=100 J ． Q = Q 1 +Q 2 +Q 3 =100 J 2分 1 2 3 1 2 O V (10-3 m 3) 5 A B C
热力学复习知识点汇总
概 念 部 分 汇 总 复 习 第一章 热力学的基本规律 1、热力学与统计物理学所研究的对象：由大量微观粒子组成的宏观物质系统 其中所要研究的系统可分为三类 孤立系：与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统； 闭系：与外界有能量交换但没有物质交换的系统； 开系：与外界既有能量交换又有物质交换的系统。 2、热力学系统平衡状态的四种参量：几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量。 3、一个物理性质均匀的热力学系统称为一个相；根据相的数量，可以分为单相系和复相系。 4、热平衡定律(热力学第零定律）：如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，它们彼此也处在热平衡. 5、符合玻意耳定律、阿氏定律和理想气体温标的气体称为理想气体。 6、范德瓦尔斯方程是考虑了气体分子之间的相互作用力（排斥力和吸引力）,对理想气体状态方程作了修正之后的实际气体的物态方程。 7、准静态过程：过程由无限靠近的平衡态组成，过程进行的每一步，系统都处于平衡态。 8、准静态过程外界对气体所作的功：，外界对气体所作的功是个过程量。 9、绝热过程：系统状态的变化完全是机械作用或电磁作用的结果而没有受到其他影响。绝热过程中内能U 是一个态函数： A B U U W -= 10、热力学第一定律（即能量守恒定律）表述：任何形式的能量，既不能消灭也不能创造，只能从一种形 式转换成另一种形式，在转换过程中能量的总量保持恒定；热力学表达式：Q W U U A B +=-；微分 形式：W Q U d d d += 11、态函数焓H ：pV U H +=，等压过程：V p U H ?+?=?，与热力学第一定律的公式一比较 即得：等压过程系统从外界吸收的热量等于态函数焓的增加量。 12、焦耳定律：气体的内能只是温度的函数，与体积无关，即)(T U U =。 13．定压热容比：p p T H C ??? ????=；定容热容比：V V T U C ??? ????= 公式：nR C C V p =- 14、绝热过程的状态方程： const =γpV ；const =γ TV ； const 1 =-γ γT p 。 15、卡诺循环过程由两个等温过程和两个绝热过程组成。正循环为卡诺热机，效率2 11T T - =η，逆循环 为卡诺制冷机，效率为2 11T T T -= η （只能用于卡诺热机）。 16、热力学第二定律：克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体 而不引起其他变化（表明热传导过程是不可逆的）； 开尔文（汤姆孙）表述：不可能从单一热源吸收热量使之完全变成有用的功而不引起其他变化（表明功变热的过程是不可逆的）； 另一种开氏表述：第二类永动机不可能造成的。 17、无摩擦的准静态过程是可逆过程。 18、卡诺定理：所有工作于两个一定温度T 1与T 2之间的热机，以可逆机的效率为最高。并且所有的可逆机 的效率η都相等21 1T T - =η ，与工作物质无关，只与热源温度有关。 19、热机的效率：1 21Q Q -=η，Q 1为热机从高温热源吸收的热量，Q 2 为热机在低温热源放出的热量。 20、克劳修斯等式与不等式：02 211≤+T Q T Q 。 21、可逆热力学过程0=?T dQ ，不可逆热力学过程0
化学热力学基础
第五章化学热力学基础 5-1从手册查出常用试剂浓盐酸﹑浓硫酸﹑浓硝酸﹑浓氨水的密度和质量分数，计算它们的（体积）物质的量浓度（c）和质量摩尔浓度（m）。 5-2从手册查出常温下的饱和水蒸气压，计算当相对湿度为40%时，水蒸气压多大。 5-3化学实验事中经常用蒸馏水冲洗已用自来水洗净的烧杯。设洗后烧杯内残留“水”为1ml，试计算，用30ml蒸馏水洗一次和洗两次，烧杯中残留的“自来水的浓度”分别多大？ 5-4计算 15℃，97kPa下15g氯气的体积。 5-5 20 ℃，97kPa下0.842g 某气体的体积为0.400 L ，求该气体的摩尔质量。 5-6测得 2.96g 氯化汞在 407℃的 1L 容积的真空系统里完全蒸发达到的压力为60 kPa ，求氯化汞蒸汽的摩尔质量和化学式。 5-7 在1000℃和 97kPa 下测得硫蒸汽的密度为0.5977 g.L-1，求硫蒸气的摩尔质量和化学式。 5-8 在25℃时将相同压力的5.0 L 氮气和15 L 氧气压缩到一个10.0 L 的真空容器中，测得混合气体的总压为150 kPa ，（1）求两种气体的初始压力；（2）求混合气体中氮和氧的分压；（3）将温度上升到 210 ℃，容器的总压。 5-9在25 ℃， 1.47MPa 下把氨气通入容积为1.00 L 刚性壁容器中，在350℃下催化剂使部分氨分解为氮气和氢气，测得总压为 5MPa ，求氨的解离度和各组分的摩尔分数和分压。 5-10 某乙烯和足量的氢气的混合气体的总压为 6930Pa ，在铂催化剂催化下发生如下反应： C2H4(g) +H2(g) === C2H6(g) 反应结束时温度降至原温度后测得总压为4530Pa 。求原混合气体中乙烯的摩尔分数。 5-11以下哪些关系式是正确的（ p、V、n 无下标时表示混合气体的总压、总体积和总的物质的量）？说明理由。 pV B = n B RT p B V = n B RT p B V B = nRT pV = nRT 5-12以下系统内各有几个相？ （1）水溶性蛋白质的水溶液；（2）氢氧混合气体；（3）盐酸与铁块发生反应的系统 （4）超临界状态的水。 5-13 10g水在 373K 和100kPa 下汽化，所做的功多大？（设水蒸气为理想气体） 5-14反应CaC2(s) + 2H2O(l) ====Ca(OH)2(s) + C2H2(g)在 298K 下的标准摩尔热力学能变化量为-128 kJ.mol-1。求该反应的标准摩尔焓变。 5-15 人类登月使用的阿波罗火箭的第一级火箭使用了550 吨煤油在2.5min内与氧气发生燃烧产生巨大推力。以C12H26（l）为煤油的平均分子式的燃烧热为-7513 kJ.mol-1，试计算这个燃烧发应的功率。 5-16已知Al2O3(s) 和MnO2 的标准摩尔生成焓为-1676 kJ.mol-1和 -521 kJ.mol-1，计算1g铝与足量MnO2反应（铝热法）产生的热量。 5-17已知Cl-（aq）的标准摩尔生成焓为-167.5 kJ.mol-1，计算1 mol HCl(g) 溶于足量的水释放多少热？[注]计算得到的值为氯化氢的熔解热；HCl(g)的标准摩尔生成焓可从本书附表中查获。假设水量的多少与水合反应的程度无关（事实上是有关的，因此的数值通常设定为无限稀释。） 5-18用标准摩尔生成焓的数据计算SiF4(g) 与足量H2O(l) 反应生成 SiO2(s) 和HF(g) 的摩尔反应焓。 5-19利用本书附表与下列数据计算石灰岩[以 CaCO3 （方解石）计]被 CO2(g) 溶解发育成喀斯特地形的如下反应的标准摩尔生成焓：CaCO3(s) + CO2(g)+ H2O(l)===Ca2+ (aq) +2HCO3-(aq) △f H mθ/ kJ.mol-1: Ca2+ (aq) -543.0 HCO3-(aq) -691.1 5-20火柴头中的P4S3(s)的标准摩尔燃烧热为-3677 kJ.mol-1 [注：燃烧产物为 P4O10(s)和
第七章、统计热力学基础习题和答案
统计热力学基础 一、选择题 1. 下面有关统计热力学的描述，正确的是：( ) A. 统计热力学研究的是大量分子的微观平衡体系 B. 统计热力学研究的是大量分子的宏观平衡体系 C. 统计热力学是热力学的理论基础 D. 统计热力学和热力学是相互独立互不相关的两门学科 B 2.在研究N、V、U有确定值的粒子体系的统计分布时，令∑n i = N，∑n iεi = U， 这是因为所研究的体系是：( ) A. 体系是封闭的，粒子是独立的 B 体系是孤立的，粒子是相依的 C. 体系是孤立的，粒子是独立的 D. 体系是封闭的，粒子是相依的 C 3.假定某种分子的许可能级是0、ε、2ε和3ε，简并度分别为1、1、2、3 四个这样的分子构成的定域体系，其总能量为3ε时，体系的微观状态数为：( ) A. 40 B. 24 C. 20 D. 28 A 4. 使用麦克斯韦-波尔兹曼分布定律，要求粒子数N 很大，这是因为在推出该定律时：( ) . 假定粒子是可别的 B. 应用了斯特林近似公式 C. 忽略了粒子之间的相互作用 D. 应用拉氏待定乘因子法 A 5.对于玻尔兹曼分布定律n i =(N/q)·g i·exp( -εi/kT)的说法：(1) n i是第i 能级上的粒子分布数; (2) 随着能级升高，εi 增大，n i总是减少的; (3) 它只适用于可区分的独立粒子体系; (4) 它适用于任何的大量粒子体系其中正确的是：( ) A. (1)(3) B. (3)(4) C. (1)(2) D. (2)(4) C 6.对于分布在某一能级εi上的粒子数n i，下列说法中正确是：( ) A. n i与能级的简并度无关 B. εi值越小，n i 值就越大 C. n i称为一种分布 D.任何分布的n i都可以用波尔兹曼分布公式求出 B 7. 15．在已知温度T时，某种粒子的能级εj = 2εi，简并度g i = 2g j，则εj和εi上分布的粒子数之比为：( ) A. 0.5exp(ε j/2kT) B. 2exp(- εj/2kT) C. 0.5exp( -εj/kT) D. 2exp( 2ε j/kT) C 8. I2的振动特征温度Θv= 307K，相邻两振动能级上粒子数之n(v + 1)/n(v) = 1/2的温度是：( ) A. 306 K B. 443 K C. 760 K D. 556 K B 9.下面哪组热力学性质的配分函数表达式与体系中粒子的可别与否无关：( ) A. S、G、F、C v B. U、H、P、C v C. G、F、H、U D. S、U、H、G B 10. 分子运动的振动特征温度Θv 是物质的重要性质之一，下列正确的说法是：( ) A.Θv越高，表示温度越高 B.Θv越高，表示分子振动能越小 C. Θv越高，表示分子处于激发态的百分数越小 D. Θv越高，表示分子处于基态的百分数越小 C 11.下列几种运动中哪些运动对热力学函数G与A贡献是不同的：( ) A. 转动运动 B. 电子运动 C. 振动运动 D. 平动运动 D 12.三维平动子的平动能为εt = 7h2 /(4mV2/3 )，能级的简并度为：( )
热力学的基础知识
热力学的基础知识
热力学的基础知识 1、水和水蒸汽有哪些基本性质？ 答：水和水蒸汽的基本物理性质有：比重、比容、汽化潜热、比热、粘度、温度、压力、焓、熵等。水的比重约等于1（t/m3、kg/dm3、g/cm3）蒸汽比容是比重的倒数，由压力与温度所决定。水的汽化潜热是指在一定压力或温度的饱和状态下，水转变成蒸汽所吸收的热量，或者蒸汽转化成水所放出的热量，单位是： KJ/Kg。水的比热是指单位质量的水每升高1℃所吸收的热量，单位是KJ/ Kg·℃，通常取4.18KJ。水蒸汽的比热概念与水相同,但不是常数，与温度、压力有关。 2、热水锅炉的出力如何表达？ 答：热水锅炉的出力有三种表达方式，即大卡/小时（Kcal/h）、吨/小时(t/h)、兆瓦（MW）。 （1）大卡/小时是公制单位中的表达方式，它表示热水锅炉每小时供出的热量。 （2）"吨"或"蒸吨"是借用蒸汽锅炉的通
俗说法，它表示热水锅炉每小时供出的热量相当于把一定质量（通常以吨表示）的水从20℃加热并全部汽化成蒸汽所吸收的热量。 （3）兆瓦(MW)是国际单位制中功率的单位，基本单位为W （1MW=106W）。正式文件中应采用这种表达方式。 三种表达方式换算关系如下： 60万大卡/小时（60×104Kcal/h）≈1蒸吨/小时〔1t/h〕≈0.7MW 3、什么是热耗指标？如何规定？ 答：一般称单位建筑面积的耗热量为热耗指标，简称热指标，单位w/m2,一般用qn表示，指每平方米供暖面积所需消耗的热量。黄河流域各种建筑物采暖热指标可参照表2-1
上表数据只是近似值，对不同建筑结构，材料、朝向、漏风量和地理位置均有不同，纬度越高的地区，热耗指标越高。 4、如何确定循环水量？如何定蒸汽量、热量和面积的关系？ 答：对于热水供热系统，循环水流量由下式计算： G=[Q/c(tg-th)]× 3600=0.86Q/(tg-th)式中：G - 计算水流量，kg/h
化学热力学基本
第五章 化学热力学基础 5-1从手册查出常用试剂浓盐酸﹑浓硫酸﹑浓硝酸﹑浓氨水的密度和质量分数，计算它们的（体积）物质的量浓度（c）和质量摩尔浓度（m）。 5-2从手册查出常温下的饱和水蒸气压，计算当相对湿度为40%时，水蒸气压多大。 5-3化学实验事中经常用蒸馏水冲洗已用自来水洗净的烧杯。设洗后烧杯内残留“水”为1ml，试计算，用30ml蒸馏水洗一次和洗两次，烧杯中残留的“自来水的浓度”分别多大？ 5-4计算 15℃，97kPa下15g氯气的体积。 5-5 20 ℃，97kPa下0.842g 某气体的体积为0.400 L ，求该气体的摩尔质量。 5-6测得 2.96g 氯化汞在 407℃的 1L 容积的真空系统里完全蒸发达到的压力为60 kPa ，求氯化汞蒸汽的摩尔质量和化学式。 5-7 在1000℃和 97kPa 下测得硫蒸汽的密度为0.5977 g.L-1，求硫蒸气的摩尔质量和化学式。
5-8 在25℃时将相同压力的5.0 L 氮气和15 L 氧气压缩到一个10.0 L 的真空容器中，测得混合气体的总压为150 kPa ，（1）求两种气体的初始压力；（2）求混合气体中氮和氧的分压；（3）将温度上升到 210 ℃，容器的总压。 5-9在25 ℃， 1.47MPa 下把氨气通入容积为1.00 L 刚性壁容器中，在350℃下催化剂使部分氨分解为氮气和氢气，测得总压为 5MPa ，求氨的解离度和各组分的摩尔分数和分压。
5-10 某乙烯和足量的氢气的混合气体的总压为 6930Pa ，在铂催化剂催化下发生如下反应： C2H4(g) +H2(g) === C2H6(g) 反应结束时温度降至原温度后测得总压为4530Pa 。求原混合气体中乙烯的摩尔分数。
知识点热力学与料热力学部分
知识点热力学与料热力学部分
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热力学与材料热力学部分 热力学：用能量转化和守恒的观点来研究物质热运动的客观规律；以实验事实为基础，总结研究系统状态变化过程中的功能转化和热力学过程的方向性问题。 热力学研究能(energy)和能的转变(transformations)规律 材料研究的每个过程离不开热力学 1、材料服役性能 2、材料制备 3、材料微观组织 材料热力学是热力学基本原理在材料设计、制备与使用过程中的应用。 材料热力学是材料科学的重要基础之一。 材料学的核心问题是求得材料成分－组织结构－各种性能之间的关系。问题的前半部分，即材料成分－组织结构的关系要服从一个基本的科学规则，这个基本规则就是材料热力学。在材料的研究逐渐由“尝试法”走向“定量设计”的今天，材料热力学的学习尤其显得重要。 材料热力学是经典热力学和统计热力学理论在材料研究方面的应用，其目的在与揭示材料中的相和组织的形成规律。固态材料中的熔化与凝固以及各类固态相变、相平衡关系和相平衡成分的确定、结构上的物理和化学有序性以及各类晶体缺陷的形成条件等是其主要研究对象。 现代材料科学发展的主要特征之一是对材料的微观层次认识不断进步。利用场离子显微镜和高分辨电子显微镜把这一认识推进到了纳米和小于纳米的层次，已经可以直接观察到从位错形态直至原子实际排列的微观形态。这些成就可能给人们造成一种误解，以为只有在微观尺度上对材料的直接分析才是深刻把握材料组织结构形成规律的最主要内容和最主要途径；以为对那些熵、焓、自有能、活度等抽象概念不再需要更多的加以注意。其实不然，不仅热力学的主要长处在于它的抽象性和演绎性，而且现代材料科学的每一次进步和发展都一直受到经典热力学和统计热力学的支撑和帮助。材料热力学的形成和发展正是材料科学走向成熟的标志之一。工业技术的进步在拉动材料热力学的发展，而材料热力学的发展又在为下一个技术进步准备基础和条件。 材料热力学是热力学理论在材料研究、材料生产活动中的应用。因此这是一门与实践关系十分密切的科学。学习这门课程，不能满足于理解书中的内容，而应当多进行一些对实际材料问题的分析与计算，开始可以是一些简单的、甚至是别人已经解决的问题，然后由易渐难，循序渐进。通过不断的实际分析与计算，增进对热力学理论的理解，加深对热力学的兴趣，进而有自己的心得和成绩。 热力学最基本概念： 1、焓变 enthalpy
工程热力学基础简答题
工程热力学基础简答题
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1、什么是叶轮式压气机的绝热效率？ 答： 2、压缩因子的物理意义是什么？ 它反映了实际气体与理想气体的偏离 程度，也反映了气体压缩性的大小，Z>1表示实际气体较理想气体难压缩，Z<1表示实际气体较理想气体易压缩。 3、准平衡过程和可逆过程的区别是什么？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 4、什么是卡诺循环？如何求其效率？ 答：卡诺循环包括四个步骤：等温吸热，绝热膨胀，等温放热，绝热压缩。 5、余隙容积对单级活塞式压气机的影响？ 答：余隙容积的存在会造成进气容积减少，所需功减少。余隙容积过大会使压缩机的生产能力和效率急剧下降，余隙容积过小会增加活塞与气缸端盖相碰撞的危险性 6、稳定流动工质焓火用的定义是如何表达的？
答：定义：稳定物流从任意给定状态经开口系统以可逆方式变化到环境状态，并只与环境交换热量时所能做的最大有用 功。 7、写出任意一个热力学第二定律的数学表达式、 答： 8、理想气体经绝热节流后，其温度、压力、热力学能、焓、熵如何变化？ 答：温度降低，压力降低，热力学能减小、焓不变、熵增加。 9、冬季室内采用热泵供暖，若室内温度保持在20度，室外温度为-10度时，热泵的供暖系数理论上最高可达到多少？ 答： 10、对于简单可压缩系统，实现平衡状态的条件是什么？热力学常用的基本状态参数有哪些？ 答：热平衡、力平衡、相平衡；P、V、T 11、简述两级压缩中间冷却压气机中，中间冷却的作用是什么？如何计算最佳中间压力？ 答：减少高压缸耗功，利于压气机安全运行，提高容积效率， 降低终了温度；中间压力： 12、混合理想气体的分体积定律是什么？写出分体积定律 的数学表达式。
第十三章 热力学基础 习题解答上课讲义
§13.1～13. 2 13.1 如图所示，当气缸中的活塞迅速向外移动从而使气体膨胀时，气体所经历的过程【C 】 (A) 是准静态过程，它能用p ─V 图上的一条曲线表示 (B) 不是准静态过程，但它能用p ─V 图上的一条曲线表示 (C) 不是准静态过程，它不能用p ─V 图上的一条曲线表示 (D) 是准静态过程，但它不能用p ─V 图上的一条曲线表示 分析：从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态（无限缓慢）的过程叫做准静态过程，此过程在p-V 图上表示一条曲线。题目中活塞迅速移动，变换时间非常短，系统来不及恢复平衡，因此不是准静态过程，自然不能用p -V 图上的一条曲线表示。 13.2 设单原子理想气体由平衡状态A ，经一平衡过程变化到状态B ，如果变化过程不知道，但A 、B 两状态的压强，体积和温度都已知，那么就可以求出：【B 】 （A ） 体膨胀所做的功； （B ） 气体内能的变化； （C ） 气体传递的热量； （D ） 气体的总质量。 分析：功、热量都是过程量，除了与系统的始末状态有关外，还跟做功或热传递的方式有关；而内能是状态量，只与始末状态有关，且是温度的单值函数。因此在只知道始末两个状态的情况下，只能求出内能的变化。对于答案D 而言，由物态方程RT PV ν=可以计算气体的物质的量，但是由于不知道气体的种类，所以无法计算气体总质量。 13.3 一定量的理想气体P 1、V 1、T 1，后为P 2、V 2、T 2， 已知V 2>V 1, T 2
1热力学基础练习与答案
第一次 热力学基础练习与答案 班 级 ___________________ 姓 名 ___________________ 班内序号 ___________________ 一、选择题 1. 如图所示，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。 2. 有两个相同的容器，容积固定不变，一个盛有氨气，另一个盛有氢气（看 成刚性分子的理想气体），它们的压强和温度都相等，现将5J 的热量传给氢 气，使氢气温度升高，如果使氨气也升高同样的温度，则应向氨气传递热量 是： ［ ］ (A) 6 J. (B) 5 J. (C) 3 J. (D) 2 J. 3.一定量的某种理想气体起始温度为T ，体积为V ，该气体在下面循环过程中经过三个平衡过程：(1) 绝热膨胀到体积为2V ，(2)等体变化使温度恢复为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) 气体对外界作正功 (C) 气体内能增加 (D) 气体内能减少 4. 一定量理想气体经历的循环过程用V －T 曲线表示如图．在此循 环过程中，气体从外界吸热的过程是 ［ ］ (A) A →B ． (B) B →C ． (C) C →A ． (D) B →C 和B →C ． 5. 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热量的 ［ ］ (A) n 倍． (B) n －1倍． (C) n 1倍． (D) n n 1 倍． 6.如图，一定量的理想气体，由平衡状态A 变到平衡状态 B (p A = p B )，则无论经过的是什么过程，系统必然 ［ ］ (A) 对外作正功． (B) 内能增加． (C) 从外界吸热． (D) 向外界放热． V
热力学统计物理总复习知识点
热力学部分 第一章 热力学的基本规律 1、热力学与统计物理学所研究的对象：由大量微观粒子组成的宏观物质系统 其中所要研究的系统可分为三类 孤立系：与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统； 闭系：与外界有能量交换但没有物质交换的系统； 开系：与外界既有能量交换又有物质交换的系统。 2、热力学系统平衡状态的四种参量：几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量。 3、一个物理性质均匀的热力学系统称为一个相；根据相的数量，可以分为单相系和复相系。 4、热平衡定律(热力学第零定律）：如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，它们彼此 也处在热平衡. 5、符合玻意耳定律、阿氏定律和理想气体温标的气体称为理想气体。 6、范德瓦尔斯方程是考虑了气体分子之间的相互作用力（排斥力和吸引力）,对理想气体状 态方程作了修正之后的实际气体的物态方程。 7、准静态过程：过程由无限靠近的平衡态组成，过程进行的每一步，系统都处于平衡态。 8、准静态过程外界对气体所作的功：，外界对气体所作的功是个过程量。 9、绝热过程：系统状态的变化完全是机械作用或电磁作用的结果而没有受到其他影响。绝 热过程中内能U 是一个态函数：A B U U W -= 10、热力学第一定律（即能量守恒定律）表述：任何形式的能量，既不能消灭也不能创造， 只能从一种形式转换成另一种形式，在转换过程中能量的总量保持恒定；热力学表达式： Q W U U A B +=-；微分形式：W Q U d d d += 11、态函数焓H ：pV U H +=，等压过程：V p U H ?+?=?，与热力学第一定律的公 式一比较即得：等压过程系统从外界吸收的热量等于态函数焓的增加量。 12、焦耳定律：气体的内能只是温度的函数，与体积无关，即)(T U U =。 13．定压热容比：p p T H C ??? ????=；定容热容比：V V T U C ??? ????= 迈耶公式：nR C C V p =- 14、绝热过程的状态方程：const =γpV ；const =γ TV ；const 1 =-γγT p 。 15、卡诺循环过程由两个等温过程和两个绝热过程组成。正循环为卡诺热机，效率 211T T -=η，逆循环为卡诺制冷机，效率为2 11T T T -=η（只能用于卡诺热机）。 16、热力学第二定律：克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体 而不引起其他变化（表明热传导过程是不可逆的）； 开尔文（汤姆孙）表述：不可能从单一热源吸收热量使之完全变成有用的功而不引起其 他变化（表明功变热的过程是不可逆的）； 另一种开氏表述：第二类永动机不可能造成的。 V p W d d -=
工程热力学 基本知识点
第一章基本概念 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相 对压力。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。 强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如温度、压力等。在热力过程中，强度性参数起着推动力作用，称为广义力或势。 广延性参数：整个系统的某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之和，如系统的容积、内能、焓、熵等。在热力过程中，广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用，称为广义位移。 准静态过程：过程进行得非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的 平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态，整个过程可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。 可逆过程：当系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，这样的过程称为可逆过程。 膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或缩小）而通过界面向外界传递的机械功称为膨胀功，也称容积功。 热量：通过热力系边界所传递的除功之外的能量。热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环，简称循环。 2.常用公式 状态参数:1 2 1 2 x x dx- = ? ?=0 dx 状态参数是状态的函数，对应一定的状态，状态参数都有唯一确定的数值，工质在热力过程中发生状态变化时，由初状态经过不同路径，最后到达