材料热力学郝士明答案

The problems of the second law

1 The solar energy flux is about 4J cm2/min. in no focusing collector the surface temperature can reach a value of about 900℃. If we operate a heat engine using the collector as the heat source and a low temperature reservoir at 25℃, calculate the area of collector needed if the heat engine is to produce 1 horse power. Assume the engine operates at maximum efficiency. (2.1)

TH?TL(900?25)104W?QH??4?StTH900?27360SolutionP?W?746(W)tS?0.664(m2)

2 A refrigerator is operated by 0.25 hp motor. If t

6、10个小球分配在4个完全相同的容积中，试求4个小容积中各分得3、2、0、5个小球的微观状态数为多少？

7、由5个粒子所组成的体系，其能级分别为0、?、2?及3?，体系的总能量为3?。试分析5个粒子可能出现的分布方式；求出各种分布方式的微观状态数及总微观状态数。

8、有6个可别粒子，分布在4个不同的能级上(?、2?、3?及4?)，总

能量为10?，各能级的简并度分别为2、2、2、1，计算各类分布的?j及?总。

9、振动频率为?的双原子分子的简谐振动服从量子化的能级规律。有N个分子组成玻耳兹曼分布的体系。求在温度T时，最低能级上分子数的计算式。

10、气体N2的转动惯量I =1.394?10-46kg?m2，计算300K时的qJ。 11、已知NO分子的??=2696K，试求300K时的q?。

~如12、已知下列各双原子分子在基态时的平均核间距r0及振动波数?下：

分子 H2 O2 CO HI r0/10-10m 0.751 1.211 1.131 1.615 ~/(0.01m)?-1 4395 1580 2170 2310 计算各分子的转动惯量、?J及??。

13、计算300K时，1molHI振动时对内能和熵的贡献。

14、在298K及101.

工程热力学答案

一、填空题 第一章

１．功和热量都是与 过程 有关的量。 2．热量的负值代表 工质向外放热 。 3．功的正值代表 工质膨胀对外作功 。

4．循环中各个过程功的代数和等于 循环净功 。 5．循环中作功与耗功的绝对值之差等于 循环净功 。 6、热效率ηt定义为 循环净功与消耗热量的比值 。

7．如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关，而只与过程的初态和终态有关，则该热力学量必是一个 状态 参数。 8．如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态，并且 与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化 ，则该过程为可逆过程。

9．不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是 可逆 过程。

10．可逆过程是指 工质能经原过程路径逆向进行恢复到初态，并在外界不留下任何改变的过程 。

11．平衡过程是 整个过程中始终保持热和力的平衡的过程 。

１2．热力系统的平衡状态是指在 不受外界影响 的条

1-2 试确定表压力为0.01MPa时U形管压力计中液柱的高度差。

（1）U形管中装水，其密度为1000kg/m3；（2）U形管中装酒精，其密度为789kg/m3。 解答：

?Pg??g?h??h?Pg?g

0.01?106即（1）?h水??1.02m9.81?10000.01?106（2）?h酒精??1.29m9.81?7891-3 用U形管测量容器中气体的压力。在水银柱上加一段水柱（如图1-3）。已侧的水柱高850mm，汞柱高520mm。当时大气压力为755mmHg。

问容器中气体的绝对压力为多少MPa？

解答：P?Pb?PH2O?PHg?（755?520）?133.3224?850?9.80665?0.178MPa

图1-3 图1-4

1-4 用斜管压力计测量锅炉烟道中烟气的真空度（如图1-4）。管子的倾角?800kg/m3的煤油；斜管中液柱长度l=200mm。当时大气压力Pb柱？绝对压力为多少毫米汞柱？

解答：

?30o；压力计中使用密度为

?745mmHg。问烟气的真空度为多少毫米水

（1）Pv??g?h?800?0.2?sin30o?9.81784.

工程热力学答案

一、填空题 第一章

１．功和热量都是与 过程 有关的量。 2．热量的负值代表 工质向外放热 。 3．功的正值代表 工质膨胀对外作功 。

4．循环中各个过程功的代数和等于 循环净功 。 5．循环中作功与耗功的绝对值之差等于 循环净功 。 6、热效率ηt定义为 循环净功与消耗热量的比值 。

7．如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关，而只与过程的初态和终态有关，则该热力学量必是一个 状态 参数。 8．如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态，并且 与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化 ，则该过程为可逆过程。

9．不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是 可逆 过程。

10．可逆过程是指 工质能经原过程路径逆向进行恢复到初态，并在外界不留下任何改变的过程 。

11．平衡过程是 整个过程中始终保持热和力的平衡的过程 。

１2．热力系统的平衡状态是指在 不受外界影响 的条

作业07

1. 成分为x?的?相脱溶析出中间相?,请图解表示（均相）形核驱动力和相变驱动力，

并用化学位形式写出形核驱动力和相变驱动力的表达式。

形核的驱动力为: ?Gm相变驱动力: ?Gm????/?/????(x??B?(1?x?)??)?(x??(1?x)?A?B?A)

??????/??/????[x??B?(1?x?)?B]?[x??B?(1?x?)?B] ?/??/??x?(?B??B)?(1?x?)(?????AA)

2．试用摩尔自由能-成分图说明，为什么碳素钢在淬火之后回火时，渗碳体的粒子越

细，其周围的铁素体中的碳含量越高？ [解]

如右图所示，给出了铁素体?（母相）和大块的渗碳体Fe3C（以?表示）的Gibbs自由能曲线,及其两相平衡成分。半径为r的渗碳体粒子的Gibbs自由能曲线以?r表示。

?

当渗碳体粒子的r越小，其比表面积越大，比表面能也越大，因而渗碳体粒子的Gibbs自由能越大（即越正，往上移），渗碳体粒子的Gibbs自由能曲线与母相铁素体?的Gibbs自由能曲线的公切线切点随着r的减小往右移（即C的平衡成分右移）。公切线切点对应两相平衡的成分点；故渗碳体的粒子越细，其周围的铁素体中的碳含量越高。

3．已知?、

工程热力学答案

一、填空题 第一章

１．功和热量都是与 过程 有关的量。 2．热量的负值代表 工质向外放热 。 3．功的正值代表 工质膨胀对外作功 。

4．循环中各个过程功的代数和等于 循环净功 。 5．循环中作功与耗功的绝对值之差等于 循环净功 。 6、热效率ηt定义为 循环净功与消耗热量的比值 。

7．如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关，而只与过程的初态和终态有关，则该热力学量必是一个 状态 参数。 8．如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态，并且 与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化 ，则该过程为可逆过程。

9．不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是 可逆 过程。

10．可逆过程是指 工质能经原过程路径逆向进行恢复到初态，并在外界不留下任何改变的过程 。

11．平衡过程是 整个过程中始终保持热和力的平衡的过程 。

１2．热力系统的平衡状态是指在 不受外界影响 的条

工程热力学答案

一、填空题 第一章

１．功和热量都是与 过程 有关的量。 2．热量的负值代表 工质向外放热 。 3．功的正值代表 工质膨胀对外作功 。

4．循环中各个过程功的代数和等于 循环净功 。 5．循环中作功与耗功的绝对值之差等于 循环净功 。 6、热效率ηt定义为 循环净功与消耗热量的比值 。

7．如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关，而只与过程的初态和终态有关，则该热力学量必是一个 状态 参数。 8．如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态，并且 与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化 ，则该过程为可逆过程。

9．不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是 可逆 过程。

10．可逆过程是指 工质能经原过程路径逆向进行恢复到初态，并在外界不留下任何改变的过程 。

11．平衡过程是 整个过程中始终保持热和力的平衡的过程 。

１2．热力系统的平衡状态是指在 不受外界影响 的条

第二章 均相反应动力学习题

1. 【动力学方程形式】

有一气相反应，经实验测定在400℃下的速率方程式为:

dPA?3.6P6A2 dt2若转化为rA?kCA(mol/h.l)形式，

求相应的速率常数值及其单位。

2. [恒温恒容变压定级数]

在恒容等温下，用等摩尔H2和NO进行实验，测得如下数据： 总压（MPa）0.0272 0.0326 0.038 0.0435 0.0543 半衰期（s） 256 186 135 104 67 求此反应级数

3.[二级反应恒容定时间]

4.醋酸和乙醇的反应为二级反应，在间歇反应反应器中，5min转化率可达50%，问转化率为75%时需增加多少时间？

4、【二级恒容非等摩尔加料】

溴代异丁烷与乙醇钠在乙醇溶液中发生如下反应： i-C4H9Br+C2H5Na→Na Br+i-C4H9 OC2H5

(A)

(B) (C) (D)

溴代异丁烷的初始浓度为CA0=0.050mol/l 乙醇钠的初始浓度为CB0=0.0762mol/l,在368.15K测得不同时间的乙

第二章 均相反应动力学习题

1. 【动力学方程形式】

有一气相反应，经实验测定在400℃下的速率方程式为:

dPA?3.6P6A2 dt2若转化为rA?kCA(mol/h.l)形式，

求相应的速率常数值及其单位。

2. [恒温恒容变压定级数]

在恒容等温下，用等摩尔H2和NO进行实验，测得如下数据： 总压（MPa）0.0272 0.0326 0.038 0.0435 0.0543 半衰期（s） 256 186 135 104 67 求此反应级数

3.[二级反应恒容定时间]

4.醋酸和乙醇的反应为二级反应，在间歇反应反应器中，5min转化率可达50%，问转化率为75%时需增加多少时间？

4、【二级恒容非等摩尔加料】

溴代异丁烷与乙醇钠在乙醇溶液中发生如下反应： i-C4H9Br+C2H5Na→Na Br+i-C4H9 OC2H5

(A)

(B) (C) (D)

溴代异丁烷的初始浓度为CA0=0.050mol/l 乙醇钠的初始浓度为CB0=0.0762mol/l,在368.15K测得不同时间的乙