《熱力學(xué)基礎(chǔ)》選擇題解答與分析.pdf

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11熱 力 學(xué) 基 礎(chǔ)1 1 .1 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 1 . 在 PV圖 上 用 一 條 曲 線 表 示 的 過 程(A) 一 定 是 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 。 (B) 不 一 定 是 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 。 答 案 ： (A) 參 考 解 答 ：準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 是 由 一 系 列 平 衡 態(tài) 組 成 的 過 程 。 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 中 的 每 一 步 都 是 平 衡 態(tài) ， 只 有 在 平 衡 態(tài) ， 系 統(tǒng) 的 體 積 、 壓 強(qiáng) 等 宏 觀 參 量 才 有 確 定 的數(shù) 值 ， 才 能 在 圖 上 表 示 出 來 。 因 而 ， 在 圖 上 用 一 條 曲 線 表 示 的 過 程 一 定 是 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 。 選 擇 錯(cuò) 誤 的 進(jìn) 入 下 面 的 思 考 題 ： 1 .1 怎 樣 理 解 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 ？ 參 考 解 答 ：準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 是 系 統(tǒng) 所 經(jīng) 過 的 中 間 狀 態(tài) 都 無 限 接 近 于 平 衡 態(tài) 的 那 種 狀 態(tài) 變 化 過 程 。 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 是 實(shí) 際 過 程 的 近 似 和 抽 象 ， 是 一 種 理 想 化 過程 。 進(jìn) 入 下 一 題 ： 1 1 .2 熱 力 學(xué) 第 一 定 律1 . 如 圖 所 示 ， 一 定 量 理 想 氣 體 從 體 積 V 1 ， 膨 脹 到 體 積 V2 分 別 經(jīng) 歷 的 過 程是 ： AB等 壓 過 程 ， AC等 溫 過 程 ； AD絕 熱 過 程 ， 其 中 吸 熱 量 最 多 的 過 程A. (A) 是 AB. (B)是 AC.(C)是 AD. (D)既 是 AB也 是 AC, 兩 過 程 吸 熱 一 樣 多 。 答 案 ： (A)參 考 解 答 ： 根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 ： .系 統(tǒng) 從 外 界 吸 收 的 熱 量 等 于 系 統(tǒng) 內(nèi) 能 的 增 量和 系 統(tǒng) 對(duì) 外 做 功 之 和 。 AD絕 熱 過 程 AB等 壓 過 程 ： 在 等 壓 過 程 中 ， 理 想 氣 體 吸 熱 的 一部 分 用 于 增 加 內(nèi) 能 ， 另 一 部 分 用 于 對(duì) 外 作 功 。 AC等 溫 過 程 ： 在 等 溫 過 程 中 ， 理 想 氣 體 吸 熱 全 部 用 于 對(duì) 外 作 功 。 而 功 的 大 小 為 P V圖 上 過程 曲 線 下 的 面 積 。 本 題 顯 然 在 三 個(gè) 過 程 中 ， AB等 壓 過 程 氣 體 不 僅 吸 熱 量 的 一 部 分 轉(zhuǎn)換 為 內(nèi) 能 的 增 量 ， 而 且 對(duì) 外 作 功 最 大 ， 即 吸 熱 量 最 多 。 對(duì) 于 所 有 錯(cuò) 誤 的 選 擇 ， 給 出 下 面 的 基 本 概 念 ： 1 .1 熱 力 學(xué) 第 一 定 律一 般 情 況 下 ， 當(dāng) 系 統(tǒng) 的 狀 態(tài) 發(fā) 生 變 化 時(shí) ， 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 的 改 變 是 做 功 和 傳 熱 的 共 同 結(jié) 果 。 實(shí) 驗(yàn) 證 明 ， 若 系 統(tǒng) 從 外 界 吸 收 熱 量 為 ， 系 統(tǒng) 對(duì) 外 界 做 功 為 ， 系 統(tǒng) 內(nèi) 能 由 初 始 平 衡 態(tài) 的 增 至 結(jié) 束 時(shí) 平 衡 態(tài) 的 ， 則 總 有 下 列 關(guān)系 式 成 立 ： 該 式 表 示 ： 系 統(tǒng) 從 外 界 吸 收 的 熱 量 等 于 系 統(tǒng) 內(nèi) 能 的 增 量 和 系 統(tǒng) 對(duì) 外 做 功 之 和 。 這 一 涉 及 物 體 內(nèi) 能 增 量 的 能 量 守 恒 表 示 式 叫 熱 力 學(xué) 第 一 定律 。 式 中 的 符 號(hào) 通 常 約 定 為 ； 為 正 時(shí) 表 示 系 統(tǒng) 吸 熱 ； 為 負(fù) 時(shí) 表 示 系 統(tǒng) 放熱 。 為 正 時(shí) 表 示 系 統(tǒng) 對(duì) 外 界 做 功 ； 為 負(fù) 時(shí) 表 示 外 界 對(duì) 系 統(tǒng) 做 功 。 進(jìn) 入 下 一 題 ： 2 . 一 定 量 的 理 想 氣 體 ， 分 別 經(jīng) 歷 如 圖 (1 ) 所 示 的 a b c過 程 ， (圖 中 虛 線 a c為等 溫 線 )， 和 圖 (2 ) 所 示 的 d ef過 程 (圖 中 虛 線 d f為 絕 熱 線 ) 判 斷 這 兩 種 過 程 是 吸 熱 還 是 放 熱 (A) a b c過 程 吸 熱 ， d ef過 程 放 熱 (B) a b c過 程 放 熱 ， d ef過 程 吸 熱 (C) a b c過 程 和 d ef過 程 都 吸 熱 (D) a b c過 程 和 d ef過 程 都 放 熱 答 案 ： (A) 參 考 解 答 ：a b c過 程 ： 氣 體 膨 脹 對(duì) 外 作 功 ， 且 始 末 二 態(tài) 在 同 一 等 溫 線 上 ， 根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 ： ， 即 a b c過 程 吸 熱 。對(duì) 于 d f絕 熱 過 程 ： d ef過 程 ： 氣 體 膨 脹 對(duì) 外 作 功 ， 但 且 始 末 二 態(tài) 與 d f絕 熱 過 程 相 同 ， 所 以 內(nèi)能 的 增 量 相 同 ， 即 根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 ： 即 d ef過 程 放 熱 。對(duì) 于 所 有 錯(cuò) 誤 選 擇 ， 進(jìn) 入 下 一 題 ： 2 .1 一 定 量 的 理 想 氣 體 ， 從 p V圖 上 初 態(tài) a 經(jīng) 歷 (1 )或 (2 )過 程 到 達(dá) 末 態(tài) b ，已 知 a 、 b 兩 態(tài) 處 于 同 一 條 絕 熱 線 上 (圖 中 虛 線 是 絕 熱 線 )， 則 氣 體 在 (A) (1 )過 程 中 吸 熱 ， (2 ) 過 程 中 放 熱 (B) (1 )過 程 中 放 熱 ， (2 ) 過 程 中 吸 熱 答 案 ： (B) 參 考 解 答 ：對(duì) 于 a b 絕 熱 過 程 ： (1 )過 程 ： 氣 體 膨 脹 對(duì) 外 作 功 ， 但 且 始 末 二 態(tài) 與 a b 絕 熱 過 程 相 同 ， 所 以 內(nèi)能 的 增 量 相 同 ， 即 根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 ： 即 (1 )過 程 放 熱 。 (2 ) 過 程 ： 氣 體 膨 脹 對(duì) 外 作 功 ， 但 且 始 末 二 態(tài) 與 a b 絕 熱 過 程 相 同 ， 所 以內(nèi) 能 的 增 量 相 同 ， 即 根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 ： 即 (2 )過 程 吸 熱 。 對(duì) 于 所 有 錯(cuò) 誤 選 擇 ， 進(jìn) 入 下 一 題 ：2 .1 .1 一 定 量 的 理 想 氣 體 ， 經(jīng) 歷 某 過 程 后 ， 溫 度 升 高 了 則 根 據(jù) 熱 力 學(xué) 定 律 可 以 斷 定 ： 該 理 想 氣 體 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 增 加 了 以 上 斷 言 是 (A) 正 確 的 。 (B)不 正 確 的 。 答 案 ： (A)參 考 解 答 ： 內(nèi) 能 公 式 ： E = Cv T， 對(duì) 任 意 過 程 均 成 立 。 一 定 量 的 理 想 氣 體 ， 若 經(jīng) 歷 某 過 程 后 ， 溫 度 升 高 ， 即 則 E = Cv T0 , 所 以 其 內(nèi) 能 一 定 增 加 。 進(jìn) 入 下 一 題 ： 3 . 1 mo l理 想 氣 體 從 p V圖 上 初 態(tài) a 分 別 經(jīng) 歷 如 圖 所 示 的 (1 )或 (2 )過 程 到 達(dá)末 態(tài) b 已 知 T a Q2 0 (B) Q2 Q1 0 (C) Q 2 Q1 0 (D) Q1 0 。 選 擇 (B)， 進(jìn) 入 下 面 的 分 析 ： 你 的 解 答 用 了 絕 熱 過 程 方 程 ： T V -1 = 恒 量 體 積 增 加 ， 溫 度 T降 低 。請(qǐng) 思 考 下 面 的 問 題 ： T V -1 = 恒 量 的 絕 熱 過 程 （ 式 中 為 比 熱 容 比 ） 是 否 可 用 于 理 想 氣 體 自 由 膨 脹 的 過 程 ？ 為 什 么 ？ 參 考 解 答 ： T V -1 = 恒 量 的 絕 熱 過 程 不 適 用 于 理 想 氣 體 自 由 膨 脹 的 過 程 這 是 因 為 ： 該 方 程 只 適 用 于 準(zhǔn) 靜 態(tài) 絕 熱 過 程 ， 而 理 想 氣 體 的 自 由 膨 脹 過 程 雖 然 是 絕 熱 的 ， 但 并 非 準(zhǔn) 靜 態(tài) 的 進(jìn) 入 下 一 題 ： 4 . 一 定 量 氣 體 經(jīng) 歷 絕 熱 自 由 膨 脹 ， 既 然 是 絕 熱 的 ， 即 d Q = 0 ， 那 么 熵 變 也 應(yīng) 該 為 零 。 對(duì) 嗎 ？ 為 什 么 ？ 參 考 解 答 ：不 對(duì) 。 因 為 熵 的 微 觀 本 質(zhì) 是 系 統(tǒng) 的 微 觀 狀 態(tài) 數(shù) ， 氣 體 絕 熱 自 由 膨 脹 過 程 中 ， 雖 然 是 絕 熱 的 ， 但 由 于 體 積 的 增 大 ， 微 觀 狀 態(tài) 數(shù) 增 加 了 ， 所 以熵 是 增 加 的 。 絕 熱 自 由 膨 脹 是 不 可 逆 過 程 ， 不 可 逆 過 程 熵 一 定 增 加 。 只 有 在 可 逆 絕 熱 過 程 中 ， 熵 變 才 為 零 。