热工基础习题（含答案）.docxVIP

热工基础习题（含答案）

一、选择题

1.热力学第零定律表明，两个热力学系统处于热平衡时，它们具有相同的（）

A.温度

B.压力

C.比容

D.内能

答案：A。热力学第零定律指出，如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡，所以处于热平衡的两个系统具有相同的温度。

2.对于理想气体，定压比热容$c_p$和定容比热容$c_v$之间的关系为（）

A.$c_pc_v=R_g$

B.$c_p+c_v=R_g$

C.$c_p/c_v=R_g$

D.$c_p\timesc_v=R_g$

答案：A。根据理想气体的性质，定压比热容$c_p$和定容比热容$c_v$满足迈耶公式$c_pc_v=R_g$，其中$R_g$是气体常数。

3.卡诺循环由两个（）过程和两个（）过程组成。

A.等温，等压

B.等温，绝热

C.等压，等容

D.等容，绝热

答案：B。卡诺循环是由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环。

二、填空题

1.热力系统按其与外界质量和能量交换的情况可分为闭口系统、开口系统、绝热系统和孤立系统。其中，（）系统与外界没有质量交换，（）系统与外界既无质量交换也无能量交换。

答案：闭口；孤立。闭口系统的特点是系统与外界之间没有物质的交换；孤立系统是一种理想化的系统，它与外界既没有质量交换也没有能量交换。

2.熵是（）性状态参数，在可逆过程中，系统熵的变化等于（）与热力学温度的比值。

答案：广延；换热量。熵是广延性状态参数，其大小与系统的质量有关。在可逆过程中，系统熵的变化$\DeltaS=\frac{\deltaQ}{T}$，其中$\deltaQ$是换热量，$T$是热力学温度。

3.理想气体的内能和焓只是（）的单值函数。

答案：温度。对于理想气体，其分子间无相互作用力，不存在内位能，所以内能和焓只取决于分子的动能，而分子动能只与温度有关，即理想气体的内能和焓只是温度的单值函数。

三、简答题

1.简述热力学第一定律的实质。

答案：热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律在热现象中的应用。它指出，热是能的一种形式，在热能与其他形式的能相互转换时，能的总量保持不变。对于一个热力系统，输入系统的能量等于系统输出的能量与系统储存能量变化量之和。用数学表达式可表示为$\DeltaE=QW$，其中$\DeltaE$是系统储存能的变化量，$Q$是系统与外界交换的热量，$W$是系统对外界做的功。这一定律表明，不消耗能量而连续做功的第一类永动机是不可能制造出来的。

2.为什么卡诺循环的热效率是最高的？

答案：卡诺循环是在两个恒温热源之间进行的理想可逆循环。根据卡诺定理，在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，且等于卡诺循环的热效率；在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切不可逆循环，其热效率都小于卡诺循环的热效率。这是因为卡诺循环中所有过程都是可逆的，没有任何不可逆损失，如摩擦、温差传热等。而实际循环中不可避免地存在各种不可逆因素，这些不可逆因素会导致能量的耗散和损失，使得实际循环的热效率低于卡诺循环的热效率，所以卡诺循环的热效率是最高的。

四、计算题

1.某理想气体在定容过程中，吸收了$500kJ$的热量，已知该气体的定容比热容$c_v=0.718kJ/(kg\cdotK)$，质量$m=2kg$，求气体温度的升高值。

解：根据定容过程的热量计算公式$Q=mc_v\DeltaT$，可得温度升高值$\DeltaT$的计算公式为$\DeltaT=\frac{Q}{mc_v}$。

已知$Q=500kJ$，$m=2kg$，$c_v=0.718kJ/(kg\cdotK)$，将数据代入公式可得：

$\DeltaT=\frac{500}{2\times0.718}\approx348.2K$

答：气体温度升高了约$348.2K$。

2.一卡诺热机工作在温度为$1000K$的高温热源和温度为$300K$的低温热源之间，求该热机的热效率。若热机从高温热源吸收了$2000kJ$的热量，求热机对外做的功和向低温热源放出的热量。

解：（1）卡诺热机的热效率计算公式为$\eta_{c}=1\frac{T_2}{T_1}$，其中$T_1$是高温热源温度，$T_2$是低温热源温度。

已知$T_1=1000K$，$T_2=300K$，则热效率$\eta_{c}=1\frac{300}{1000}=0.7$。

（2）根据热机热效率的定义式$\eta=\frac{W}{Q_1}$，可得热机对外做的功$W=\eta_{