工程熱力學(xué)原理與應(yīng)用知識點解析

工程熱力學(xué)原理與應(yīng)用知識點解析姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細(xì)閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.工程熱力學(xué)的基本方程是：

A.熱力學(xué)第一定律

B.熱力學(xué)第二定律

C.熱力學(xué)第三定律

D.以上都是

2.熱功當(dāng)量是指：

A.熱量轉(zhuǎn)化為功的比值

B.功轉(zhuǎn)化為熱量的比值

C.溫度變化的比值

D.以上都不是

3.等熵過程的熱效率為：

A.1

B.0

C.1eS

D.1eS

4.氣體的內(nèi)能只與：

A.溫度有關(guān)

B.壓力有關(guān)

C.體積有關(guān)

D.以上都有關(guān)

5.熱機(jī)中，理想可逆熱機(jī)的熱效率最高，因為它：

A.沒有不可逆損失

B.只吸收熱量

C.只釋放熱量

D.沒有做功

6.在絕熱過程中，理想氣體的熵變化為：

A.增大

B.減小

C.不變

D.無法確定

7.摩擦功在熱力學(xué)中的表現(xiàn)是：

A.熱量的轉(zhuǎn)化

B.功的轉(zhuǎn)化

C.熵的增加

D.以上都是

8.在可逆過程中，熵的變化量為：

A.正值

B.負(fù)值

C.0

D.無法確定

答案及解題思路：

1.答案：D

解題思路：工程熱力學(xué)的基本方程包括熱力學(xué)第一定律、第二定律和第三定律。第一定律描述了能量守恒，第二定律描述了熵增原理，第三定律描述了絕對零度下的熵值。因此，D選項是正確的。

2.答案：A

解題思路：熱功當(dāng)量是指一定量的熱量轉(zhuǎn)化為做功的比值。這個比值是熱量和功的換算標(biāo)準(zhǔn)，因此A選項正確。

3.答案：C

解題思路：等熵過程中，沒有熱量交換（Q=0），根據(jù)卡諾熱機(jī)的效率公式η=1Qc/Qh，由于Qc=0，因此熱效率為1eS，其中e是熵變化的量。

4.答案：A

解題思路：對于理想氣體，內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)，與壓力和體積無關(guān)，因此A選項正確。

5.答案：A

解題思路：理想可逆熱機(jī)假設(shè)沒有不可逆損失，如摩擦和湍流，因此它的熱效率最高。

6.答案：C

解題思路：在絕熱過程中（Q=0），理想氣體的熵保持不變，因為它是可逆過程。

7.答案：D

解題思路：摩擦功可以轉(zhuǎn)化為熱量、功或者導(dǎo)致熵的增加，因此D選項是正確的。

8.答案：C

解題思路：在可逆過程中，熵的變化量為0，因為系統(tǒng)始終處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)。二、填空題1.工程熱力學(xué)主要研究能量轉(zhuǎn)換、熱能與工作轉(zhuǎn)換和熱機(jī)與制冷循環(huán)等方面的規(guī)律。

2.熱力學(xué)第一定律揭示了能量守恒、系統(tǒng)內(nèi)能變化和系統(tǒng)吸收的熱量與做功的總量之間的關(guān)系。

3.理想氣體在等壓過程中，其內(nèi)能的增加等于熱量傳遞和外界對氣體做功的代數(shù)和。

4.熱機(jī)效率是指熱機(jī)用來做功的熱量與輸入熱量的比值。

5.在熱力學(xué)中，一個孤立系統(tǒng)的熵隨時間增加。

答案及解題思路：

答案：

1.能量轉(zhuǎn)換、熱能與工作轉(zhuǎn)換和熱機(jī)與制冷循環(huán)

2.能量守恒、系統(tǒng)內(nèi)能變化和系統(tǒng)吸收的熱量與做功的總量

3.熱量傳遞和外界對氣體做功

4.輸入熱量

5.增加

解題思路內(nèi)容：

1.工程熱力學(xué)研究的是能量的不同形式及其相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律，包括熱能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。

2.熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn)，它說明了能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失。

3.理想氣體在等壓過程中，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體的內(nèi)能變化等于氣體吸收的熱量減去對外做的功。在等壓條件下，對外做的功等于壓強(qiáng)和體積變化的乘積。

4.熱機(jī)效率是衡量熱機(jī)功能的重要指標(biāo)，它表示了熱機(jī)將吸收的熱量轉(zhuǎn)換為有效功的能力。

5.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，孤立系統(tǒng)的熵不會自發(fā)減少，因此熵隨時間增加，反映了系統(tǒng)無序度的增加。三、判斷題1.熱力學(xué)第二定律是能量守恒定律的補充。（）

2.在絕熱過程中，理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)。（）

3.可逆過程是理想化過程，在自然界中不可能實現(xiàn)。（）

4.熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能反向傳遞。（）

5.在熱力學(xué)循環(huán)中，每個過程都是等熵的。（）

答案及解題思路：

答案：

1.錯誤

2.正確

3.正確

4.正確

5.錯誤

解題思路：

1.熱力學(xué)第二定律實際上是對熱力學(xué)過程的方向性進(jìn)行了規(guī)定，它說明了熱量的傳遞具有方向性，而能量守恒定律則是關(guān)于能量在一個封閉系統(tǒng)內(nèi)總量不變的原理。因此，熱力學(xué)第二定律不是能量守恒定律的補充，而是對其應(yīng)用的一種限制條件。

2.根據(jù)熱力學(xué)第一定律，對于理想氣體，內(nèi)能U僅是溫度的單值函數(shù)，不依賴于體積和壓力。在絕熱過程中，系統(tǒng)與外界沒有熱量交換，因此內(nèi)能的變化僅由溫度變化引起。

3.可逆過程是一個理想化的概念，它要求系統(tǒng)在整個過程中始終保持熱平衡，沒有不可逆因素如摩擦、湍流等干擾。在現(xiàn)實世界中，由于各種不可逆因素的存在，完全可逆的過程是不可能實現(xiàn)的。

4.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，這是熱傳遞的自然方向。熱量不能自發(fā)地反向傳遞，除非有外界做功或系統(tǒng)處于特定條件下。

5.在熱力學(xué)循環(huán)中，不是每個過程都是等熵的。等熵過程是指系統(tǒng)在整個過程中熵不變的過程。在一個完整的循環(huán)中，可能會有等熵過程，但也可能有非等熵過程，這取決于循環(huán)的具體性質(zhì)和組成。四、簡答題1.簡述熱力學(xué)第一定律的物理意義。

物理意義：熱力學(xué)第一定律揭示了能量守恒和轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律，即能量既不能被創(chuàng)造也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。

2.解釋什么是熱力學(xué)第二定律。

解釋：熱力學(xué)第二定律描述了熱力學(xué)過程的方向性和不可逆性，主要有兩種表述：一種為開爾文普朗克表述，即不可能從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他影響；另一種為克勞修斯表述，即熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。

3.簡要說明可逆過程的特征。

特征：可逆過程的特征包括：系統(tǒng)與外界的熱力學(xué)狀態(tài)變化無限緩慢，系統(tǒng)內(nèi)部的熱力學(xué)狀態(tài)始終保持平衡；在可逆過程中，系統(tǒng)與外界之間的熱量交換、功的傳遞和物質(zhì)的傳遞都是可逆的。

4.簡要介紹卡諾熱機(jī)的原理。

原理：卡諾熱機(jī)是一種理想化的熱機(jī)，其工作原理是：在兩個熱源之間進(jìn)行熱交換，其中一個熱源為高溫?zé)嵩?，另一個熱源為低溫?zé)嵩?。熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃?，將其一部分轉(zhuǎn)化為功，另一部分排到低溫?zé)嵩础?/p>

5.簡述熵的概念及其在熱力學(xué)中的應(yīng)用。

概念：熵是衡量系統(tǒng)無序程度的物理量，表示系統(tǒng)內(nèi)部微觀狀態(tài)數(shù)目的度量。

應(yīng)用：熵在熱力學(xué)中的應(yīng)用主要包括：計算系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)變化，如溫度、壓力、體積等；判斷過程的方向和不可逆性；分析熱機(jī)效率等。

答案及解題思路：

1.熱力學(xué)第一定律的物理意義：能量守恒和轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律。解題思路：結(jié)合能量守恒定律，說明能量在不同形式之間的轉(zhuǎn)換。

2.熱力學(xué)第二定律：描述熱力學(xué)過程的方向性和不可逆性。解題思路：分別從開爾文普朗克和克勞修斯表述入手，說明熱力學(xué)第二定律的內(nèi)容。

3.可逆過程的特征：系統(tǒng)與外界的熱力學(xué)狀態(tài)變化無限緩慢，系統(tǒng)內(nèi)部的熱力學(xué)狀態(tài)始終保持平衡。解題思路：從可逆過程的定義出發(fā)，分析其特征。

4.卡諾熱機(jī)的原理：在兩個熱源之間進(jìn)行熱交換，將熱量轉(zhuǎn)化為功。解題思路：以卡諾熱機(jī)的示意圖為依據(jù)，闡述其工作原理。

5.熵的概念及其在熱力學(xué)中的應(yīng)用：衡量系統(tǒng)無序程度的物理量，用于判斷過程的方向和不可逆性。解題思路：結(jié)合熵的定義和熱力學(xué)第二定律，說明熵的應(yīng)用。五、計算題1.一個理想氣體在等壓過程中，從溫度T1降至溫度T2，求其內(nèi)能的變化量。

解：理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，對于等壓過程，內(nèi)能變化量ΔU等于氣體吸收的熱量Q減去對外做的功W。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，等壓過程中的做功W=PDV=RTΔV。而ΔV=V2V1，因此ΔU=nCp(T2T1)，其中Cp為氣體的定壓熱容。

2.一個可逆熱機(jī)在等溫過程中，從熱源吸收熱量Q1，向冷源釋放熱量Q2，求其效率。

解：可逆熱機(jī)的效率η定義為做的功W與吸收的熱量Q1的比值。在等溫過程中，吸收的熱量Q1等于做的功W，即Q1=W。因此，效率η=W/Q1=1(Q2/Q1)，因為Q2是向冷源釋放的熱量。

3.某熱機(jī)的熱效率為0.5，求其吸收的熱量和做的功。

解：熱機(jī)的熱效率η定義為做的功W與吸收的熱量Q1的比值，即η=W/Q1。已知熱效率η=0.5，設(shè)吸收的熱量為Q1，做的功為W，則有0.5=W/Q1。因此，吸收的熱量Q1=2W。

4.一個理想氣體在等容過程中，從溫度T1降至溫度T2，求其壓強(qiáng)變化。

解：在等容過程中，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，壓強(qiáng)P與溫度T成正比。因此，壓強(qiáng)變化ΔP/P=(T2/T1)^(1/γ)，其中γ是氣體的絕熱指數(shù)。所以，壓強(qiáng)變化ΔP=P(T2/T1)^(1/γ)P。

5.某熱機(jī)在一個循環(huán)中，吸收的熱量為Q1，向冷源釋放的熱量為Q2，求其效率。

解：熱機(jī)的效率η定義為做的功W與吸收的熱量Q1的比值，即η=W/Q1。在一個循環(huán)中，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，吸收的熱量Q1等于向冷源釋放的熱量Q2加上做的功W，即Q1=Q2W。因此，效率η=(Q1Q2)/Q1。