射阳张文杰 第5章大學物理答案(张文杰曹阳主编)
思考题5.1当热力学系统处于非平衡态时,温度的概念是否适用?内能物体内所有分子作无规则运动动能和分子势能的总和的正负。(1)等容降压;(2)等压压缩;(3)绝热膨胀。答:(1)等容过程做功为零,W为零。
等容降压时温度下降,所以内能减少,为负。由热力学第一定律得Q为负。(2)压缩过程系统做负功,W为负。等压压缩时温度下降,所以内能减少,为负。由热力学第一定律得Q为负。(3)绝热过程Q为零。膨胀过程系统做正功,W为正。
由热力学第一定律得为负。5.7有人说,因为在循环过程中系统对外做的净功在数值等于p-V图中封闭曲线所包围的面积,所以封闭曲线所包围的面积越大,循环效率就越高,对吗?答:不正确,因为循环效率取决于系统对外做的净功和系统由高温热源吸收的热量,只有在从高温热源吸收的热量一定的情况下,封闭曲线所包围的面积越大,即系统对外所做的净功越多,循环效率越高,如果从高温热源吸收的热量不确定,则循环效率不一定越高。
5.8温度差对于热机的驱动是否是必须的,为什么?答:温度差对于热机的驱动是必须的,因为根据热力学第二定律,热机要不断地把吸取的热量变为有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温热源5.9夏天将冰箱的门打开,让其中的冷空气出来为室内降温,这种方法可取吗?答:不可取,因为电冰箱是对低温端的利用,它在从低温端吸收热量的同时,还要向高温端放出热量,且放出的热量大于从低温端带走的热量,因此打开冰箱门不仅不能降低室温,相反,会使室温升高。
5.10判别下列说法是否正确:(1)功可以全部转化为热,但热不能全部转化为功;(2)热量能从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体。答:(1)不正确。
因为气体的等温膨胀过程热就可以全部转化为功(2)不正确。因为如果外界对气体做功,热量就能从低温物体传到高温物体。5.11从原理上讲如何计算在始末状态之间进行不可逆过程所引起的熵变。答:热力学过程的始末状态之间的熵变与具体的过程无关。
对不可逆过程,可选取相同始末状态的可逆过程来计算熵变。习题5.1一热力学系统由如图所示的状态沿过程到达状态时,吸收了560J的热量,对外做功356J。(1)如果它沿过程达到状态b时,系统对外做功220J,它吸收了多少热量?(2)当系统由状态沿曲线返回状态时,外界对系统做功为282J,试问系统是吸热还是放热?热量传递多少?解:(1)(2)(负号表示系统对外界放了486J的热量)5.
264g氧气的温度由273K升至323K,(1)保持体积不变;(2)保持压强不变。在这两个过程中氧气各吸收了多少热量?各增加了多少内能?对外各做了多少功?解:(1)W=0(2)5.
310g氦气吸收J的热量时压强未发生变化,它原来的温度是300K,最后的温度是多少?解:由,得5.4如图所示,一定量的空气,开始时在状态A,其压强为2.0atm,体积为2L,沿直线AB变化到状态B后,压强变为1.
0atm,体积变为3L,求在此过程中气体所做的功。解:气体所做功等于过程曲线以下的面积5.5一定量氢气在保持压强为不变的情况下,温度由273K升高到323K时,吸收了的热量。(1)求氢气的量是多少摩尔?(2)求氢气内能变化多少?解:(1)由,得(2)5.
6标准状态下的2mol氢气吸收外界500J的热量。(1)若体积不变,问这热量变为什么?氢的温度变为多少?(2)若温度不变,问这热量变为什么?氢的压强和体积各变为多少?解:(1)等容过程不做功,由热力学第一定律,有得(2)等温过程内能不变,热量变为气体对外做功。
代入数据,得5.72mol的理想气体在300K时,从4L等温压缩到1L,试求这气体做的功和吸收的热量。
解:5.8一定量的氮气,压强为1atm,体积为10L,温度为300K。(1)保持体积不变;(2)保持压强不变。在温度都升到400K的过程中,各需吸收多少热量?内能增加多少?对外做功多少?解:(1)(2)因为内能仅是温度的函数,所以本题中两个过程的内能增量相同。
有5.9一定质量的理想气体,其γ=1.40,若在等压下加热,使其体积增大为原体积的m倍为止。试求传给气体的热量中,用于做功与增加内能的热量之比。
解:等压过程中V和T为变量,有5.10有1mol的氧气,温度为300K时,体积为0.002m3,试计算下列两种过程中氧气所做的功:(1)绝热膨胀到体积为0.023;(2)等温膨胀到体积为0.
023解:(1)由绝热过程方程,有(2)5.11一作卡诺循环的热机,高温热源的温度为400K,每一循环从此热源吸进100J的热量并向一低温热源放出80J的热量.求(1)该循环的热机效率;(2)低温热源温度.
解:(1)(2)对于卡诺热机,其效率为所以5.12有一卡诺制冷机,从一温度为-10℃的冷藏室中吸取热量,而向温度为20℃的物体(通常为水)放出热量,设该制冷机所耗功率为1
