工程热力学与传热学第二版第二章课后答案

传热学

第二章 导热基本方程和稳态导热理论主要研究内容： 导热基本定律及导热系数 导热微分方程式及定解条件 平壁、圆筒壁、球壁的稳态导热 通过肋片的导热及散热量的计算

传热学

2-1 导热基本定律及导热系数1 几个基本概念 (1)温度场：导热体中某时刻空间所有各点的温度分布。 时间和空间的函数： t f ( x, y, z, ) t 0 稳态温度场：

t 0 非稳态温度场： 三维非稳态温度场： t f ( x, y, z, ) 三维稳态温度场： t f ( x, y, z)二维稳态温度场： t f ( x, y ) 一维稳态温度场： t f (x)

传热学

(2) 等温面和等温线将温度场中某一时刻温度 相同 的点连接起来所形成的面 或线 称为等温面或等温线。 等温面和等温线的特点： 1. 不能相交； 2. 对于连续介质，只能在物体边界 浇注15分钟后砂型中的温度场 中断或完全封闭； 3. 沿等温面无热量传递； 4. 等温线的疏密可直观反映出不同 区域热流密度的相对大小。

传热学

(3) 温度梯度沿等温面法线方向上的温度 增量与法向距离比值的极限。△m △n

Δt t grad t lim n Δn 0 Δ

页眉内容

第一篇

一．基本概念

工程热力学

第一章 基本概念

系统： 状态参数： 热力学平衡态： 温度： 热平衡定律： 温标： 准平衡过程： 可逆过程： 循环： 可逆循环 ： 不可逆循环：

二、习题

1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？ 错 2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度

3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?

4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。 （1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。 （1）不考虑水的蒸发，闭口系统。

（2）绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换 （3）绝热系统。

图

第一篇

一．基本概念

工程热力学

第一章 基本概念

系统： 状态参数： 热力学平衡态： 温度： 热平衡定律： 温标： 准平衡过程： 可逆过程： 循环： 可逆循环 ： 不可逆循环：

二、习题

1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？ 错 2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?

3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?

4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。 （1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。 （1）不考虑水的蒸发，闭口系统。

（2）绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换 （3）绝热系统。

图

第二章 流体的p-V-T关系

习题：

2－1．为什么要研究流体的pVT关系？

答：在化工过程的分析、研究与设计中，流体的压力p、体积V和温度T是流体最基本的性质之一，并且是可以通过实验直接测量的。而许多其它的热力学性质如内能U、熵S、Gibbs自由能G等都不方便直接测量，它们需要利用流体的p –V –T数据和热力学基本关系式进行推算；此外，还有一些概念如逸度等也通过p –V –T数据和热力学基本关系式进行计算。因此，流体的p –V –T关系的研究是一项重要的基础工作。 2－2．理想气体的特征是什么？

答：假定分子的大小如同几何点一样，分子间不存在相互作用力，由这样的分子组成的气体叫做理想气体。严格地说，理想气体是不存在的，在极低的压力下，真实气体是非常接近理想气体的，可以当作理想气体处理，以便简化问题。

理想气体状态方程是最简单的状态方程：

pV?RT

2－3．偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？

答：纯物质的偏心因子?是根据物质的蒸气压来定义的。实验发现，纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系，即符合：

?1logp???1??Tr?sr?pss??

第1章 绪言

一、是否题

1. 封闭体系的体积为一常数。（错） 2. 封闭体系中有两个相?,?。在尚未达到平衡时，?,?两个相都是均相敞开体系；

达到平衡时，则?,?两个相都等价于均相封闭体系。（对）

3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 5. 封闭体系的1mol气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积

T2相等，初态和终态的温度分别为T1和T2，则该过程的?U?CVdT；同样，对于初、

T1T2?终态压力相等的过程有?H?CPdT。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径

T1?无关。） 二、填空题

1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。

2. 封闭体系中，温度是T的1mol理想气体从(Pi，Vi)等温可逆地膨胀到(Pf，Vf)，则所做的

功为Wrev?RTlnViVf(以V表示)或Wrev?RTlnPfPi (以P表示)。

ig3. 封闭体系中的1mol理想气体(已知CP)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2，则

?????P2??P2?igig???A 等容过程的 W= 0 ，Q=CPU=，

淮阴师范学院《物理化学》课外习题

第三章 热力学第二定律

一、选择题

1. 系统经历一个不可逆循环后：

A. 系统的熵增加 B. 环境热力学能减少

C. 环境的熵一定增加 D. 系统吸热大于对外做功

2. 理想气体与温度为T的大热源接触作等温膨胀吸热Q，所作的功是变到相同终态的最大功的25%，则系统的熵变为：

A. 0 B. Q/T C. - Q/T D. 4Q/T

3. 下列四个关系式中，不是麦克斯韦关系式的是：

A. (?S/?p)T =- (?V/?T)p B. (?T/?p)s= (?V/?S)p

C. (?S/?V)T =(?p/?T)V D. (?T/?V)s= (?V/?S)p

4. 封闭系统中，若某过程的ΔA = 0，最可能的情况是：

A. 绝热可逆，且 Wf = 0 B. 等容等压可逆，且Wf = 0

C. 等温等容，且 Wf = 0的可逆过程

淮阴师范学院《物理化学》课外习题

第三章 热力学第二定律

一、选择题

1. 系统经历一个不可逆循环后：

A. 系统的熵增加 B. 环境热力学能减少

C. 环境的熵一定增加 D. 系统吸热大于对外做功

2. 理想气体与温度为T的大热源接触作等温膨胀吸热Q，所作的功是变到相同终态的最大功的25%，则系统的熵变为：

A. 0 B. Q/T C. - Q/T D. 4Q/T

3. 下列四个关系式中，不是麦克斯韦关系式的是：

A. (?S/?p)T =- (?V/?T)p B. (?T/?p)s= (?V/?S)p

C. (?S/?V)T =(?p/?T)V D. (?T/?V)s= (?V/?S)p

4. 封闭系统中，若某过程的ΔA = 0，最可能的情况是：

A. 绝热可逆，且 Wf = 0 B. 等容等压可逆，且Wf = 0

C. 等温等容，且 Wf = 0的可逆过程

第二章 热力学第二定律

一、单选题

1) 理想气体绝热向真空膨胀，则（ ）

A. ?S = 0，?W = 0 B. ?H = 0，?U = 0 C. ?G = 0，?H = 0 D. ?U =0，?G =0

2) 对于孤立体系中发生的实际过程，下式中不正确的是（ ） A. W = 0

3) 理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程,则 （ ） A. 可以从同一始态出发达到同一终态。 B. 不可以达到同一终态。

C. 不能确定以上A、B中哪一种正确。

D. 可以达到同一终态，视绝热膨胀还是绝热压缩而定。

4) 求任一不可逆绝热过程的熵变?S，可以通过以下哪个途径求得？ （ ） A. 始终态相同的可逆绝热过程。 B. 始终态相同的可逆恒温过程。 C. 始终态相同的可逆非绝热过程。 D. B 和C 均可。

5) 在绝热恒容的系统中，H2和Cl2反应化合成HCl。在此过程中下列各状态函数的变化值哪个为零？（ ）

B. Q = 0

C. ?S > 0

D. ?H = 0

A. ?rHm B. ?rUm

C. ?rSm D. ?rGm

6) 将氧气分装在同一气缸的两个气室内，其中左气室内氧气状态为p1=101.3kPa

第二章 均匀物质的热力学性质

2.1 已知在体积保持不变时，一气体的压强正比于其热力学温度. 试证明在温度保质不变时，该气体的熵随体积而增加.

解：根据题设，气体的压强可表为

(),p f V T = （1）

式中()f V 是体积V 的函数. 由自由能的全微分

dF SdT pdV =-- 得麦氏关系

.T V S p V T ??????= ? ??????? （2） 将式（1）代入，有 ().T V

S p p f V V T T ??????=== ? ??????? （3） 由于0,0p T >>，故有0T S V ???>

????. 这意味着，在温度保持不变时，该气体的熵随体积而增加.

2.2 设一物质的物态方程具有以下形式：

(),p f V T =

试证明其内能与体积无关.

解：根据题设，物质的物态方程具有以下形式：

(),p f V T = （1） 故有

().V

p f V T ???= ???? （2） 但根据式（2.2.7），有

,T

热力学

1. 工程热力学：是一门研究热能有效利用及热能和机械能转换规律的科学。 2. 热力系：热力设备中需要研究的部分工作物质 3. 环境：热力系以外的物质世界

4. 热机：将燃料的化学能转化成内能再转化为机械能，或者将具有较低温度的被冷却物体

的热量转移给其他介质的机械 5. 热源：具有无限大的热容量，吸入或放出热量是自身温度不变

6. 平衡状态：在没有外界影响的条件下系统的各部分在长时间内不发生任何变化的状态，

各处的温度、压力等参数是均匀一致的

7. 三种温标：摄氏温标、华氏温标、理想气体温标 8. 准平衡过程能用状态参数描述，不平衡过程不能

9. 热力学第一定律：在任何发生热量传递和转换的热力过程中，传递和转换前后的总量维

持恒定 10. 可逆过程：如果一个热过程不具有方向性，即当系统完成某一过程后，如果能使过程逆

行而使系统及外界回复到初始状态，不遗留任何变化 11. 判据：准平衡态过程、不存在耗散效应

12. 克劳修斯：不可能把热从低温物体转至高温物体而不引起其他变化

13. 开尔文：不可能从单一热源取热，并使之完全转变成有用功而不产生其他影响

14. 卡诺定理含义：可实现热功转换极限的热机是可逆热机、可逆热机的效率只与温度有关，

与工质无