衡水学院《物理化学》第三章热力学第二定律作业及答案.doc

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PAGE [143-1] 卡诺热机在T1 = 600 K的高温热源和T2 = 300 K的低温热源间工作。求: ⑴热机效率η; ⑵当向环境作功 – W = 100 kJ时,系统从高温热源吸收的热 Q1 及向低温热源放出的热 - Q2。 解: SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 Q2 + Q1 = - W Q2 + 200 = 100 -Q2 = 100 (kJ) [143-2] 某地热水的温度为65℃,大气温度为20℃。若分别利用一可逆热机和一不可逆热机从地热水中取出1000 J的热量。 ⑴分别计算两热机对外所做的功,已知不可逆热机是可逆热机效率的80%; ⑵分别计算两热机向大气中所放出的热。 解: SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 Wir = 80% Wr = 80% × (-133) = - 106.5 (J) ⑵ Q2 + Q1 = - W Q r,2 + 1000 = 133 Q r,2 = - 867 (J) Q ir,2 + 1000 = 106.5 Qir,2 = - 893.5 (J) [143-3] 卡诺热机在T1 = 900 K的高温热源和T2 = 300 K的低温热源间工作。求: ⑴热机效率η; ⑵当向低温热源放热 - Q2 = 100 kJ时,系统从高温热源吸热Q1及对环境所作的功– W。 解: SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 Q2 + Q1 = - W -100 + 300 = - W - W = 200 (kJ) [143-4] 冬季利用热泵从室外0℃的环境吸热,向室内18℃的房间供热。若每分钟用100 kJ的功开动热泵,试估算热泵每分钟最多能向室内供热多少? 解:从室外吸热Q1,向室内供热Q2,室外温度定为T1,室内温度定为T2。 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 Q2 + Q1 = - W Q 2 + 1517.5 = -100 Q 2 = - 1617.5 (J) [143-5] 高温热源温度T1 = 600 K,低温热源温度T2 = 300 K。今有120 kJ的热直接从高温热源传给低温热源,求此过程两热源的总熵变ΔS。 解:120 kJ的热直接从高温热源传给低温热源,-Q1 = Q2 = 120 kJ SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 [144-7] 已知水的比定压热容cp = 4.184 J·g-1·K-1。今有1kg,10℃的水经下列三种不同过程加热成100℃的水求各过程的ΔSsys、ΔSamb、ΔSiso。 ⑴系统与100℃的热源接触; ⑵系统先与55℃的热源接触至热平衡,再与100℃的热源接触; ⑶系统依次与40℃,70℃的热源接触至热平衡,再与100℃的热源接触; 解:⑴ SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 >0,过程自发 ⑵因S为状态函数,故 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 >0,过程自发 ⑶同理 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 >0,过程自发 [144-10] 1 mol理想气体在T = 300 K下,从始态100 kPa经历下列各过程达到各自的平衡态。求过程的Q,ΔS,ΔSiso。 ⑴可逆膨胀至末态压力50 kPa; ⑵反抗恒定外压50 kPa不可逆膨胀致平衡态 ⑶向真空自由膨胀至原体积的2倍。 解:⑴理想气体恒温过程: SKIPIF 1 0 , SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 ⑵S为状态函数, SKIPIF 1 0 理想气体恒温过程: SKIPIF 1 0 , SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 ⑶S为状态函数, SKIPIF 1 0 理想气体向真空膨胀:Q = 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 结论:系统反抗的 p越小,不可逆程度越大。 [145-19] 常压下将100g,27℃的水与200g,72℃的

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