熱力學(xué)第二定律達(dá)標(biāo)測(cè)試及答案
一、填空題
1.根據(jù)循環(huán)效果而言，熱機(jī)循環(huán)是將_______轉(zhuǎn)變?yōu)開______的熱力循環(huán);而逆向循環(huán)是將_______轉(zhuǎn)變?yōu)開_____的熱力循環(huán)。
2.完成一次正向循環(huán)后，工質(zhì)從熱源吸熱q1,向冷源放熱q2,其中只有_______部分才能轉(zhuǎn)化為_________。
3.熱量由高溫物體傳向低溫物體是一種______過程，而熱量由低溫物體傳向高溫物體是一種______過程，它的進(jìn)行需要以_______作為補(bǔ)償條件。
4.不可能制造出一種循環(huán)工作的熱機(jī)，只從________個(gè)熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉�，而其它物體不發(fā)生任何______。過程
5.卡諾循環(huán)是由兩個(gè)可逆的________過程和兩個(gè)可逆的_________過程所組成。
6.在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率僅決定于兩熱源的_______，而與工質(zhì)的性質(zhì)________。
7.卡諾循環(huán)的熱效率是同溫限范圍內(nèi)一切循環(huán)熱效率的____________,它是其他熱機(jī)循環(huán)中熱變功完善程度的___________。
8.在可逆過程中，工質(zhì)吸熱,熵___________; 工質(zhì)放熱,熵___________;(增大或減小)
9.孤立系統(tǒng)熵可以____________(發(fā)生________程，或____________(發(fā)生___________過程時(shí))，但不可能_________。
10.熱力學(xué)第二定律的物理表達(dá)式為_________________________________________________ 。
11.在一定溫度T下放出的熱量Q，對(duì)于環(huán)境溫度T0而言，其余可用能部分Qa=________________，無(wú)效能部分為__________。
12.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯的表述為：“不可能將熱由_______________物體向_______________物體傳遞，而不留下其它_____________。”
13.在可逆過程中系統(tǒng)熵的增加，意味著系統(tǒng)____________，在孤立系統(tǒng)中熵的增加，則意味著_____________________。
二、判斷題
1卡諾循環(huán)的熱效率小于。
2 工質(zhì)經(jīng)過一個(gè)不可逆循環(huán)后，其熵的變化大于零。
3 自發(fā)過程都是不可逆的。
4 不可逆過程中工質(zhì)熵的變化量無(wú)法計(jì)算。
5 熱不可能全部轉(zhuǎn)化成為功。
6 可逆循環(huán)的熱效率必不大于不可逆循環(huán)的熱效率。
7 定熵過程一定是可逆絕熱過程。
8 一臺(tái)熱機(jī)工作在T1=900K和T2=300K的兩個(gè)恒溫?zé)嵩匆�，熱機(jī)從高溫?zé)嵩次鼰?000kJ,向冷源放熱300kJ，則該熱機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的，
9 熱機(jī)循環(huán)中循凈功愈大，則循環(huán)熱效率愈高。
10 使系統(tǒng)熵增加的過程一定是不可逆過程。
11 熱量不可能由低溫物體傳向高溫物體。
12 若工質(zhì)從某一初態(tài)沿可逆過程和不可逆過程達(dá)到同一終態(tài)，則不可逆過程中的熵變必定大于可逆過程中的熵變。
13 熱力循環(huán)就是封閉的熱力過程。
14 在絕熱房間內(nèi)，冰箱開門運(yùn)行能使房間溫度降低。
三、選擇題
1 關(guān)于卡諾循環(huán)的熱效率，下列說(shuō)法中正確的是：
(1)可以大于1???(2)可以等于1????(3)只能小于1
2 工質(zhì)經(jīng)過一個(gè)不可逆循環(huán)后，其熵的變化量：
(1)大于零???????(2)等于零???????(3)小于零
3 在一可逆過程中，工質(zhì)吸熱說(shuō)明該過程一定是：
(1)熵增過程?????(2)熵減過程?????(3)定熵過程
4 有摩擦的絕熱過程一定是：
(1)熵增過程?????(2)熵減過程?????(3)定熵過程
5 功式ηt=1-Q2/Q1的適用條件是：
(1)任意熱機(jī)循環(huán)，包括卡諾循環(huán)(2)只適用于卡諾循環(huán)??(3)除卡諾循環(huán)外的`一切熱機(jī)循環(huán)
6 熱機(jī)從熱源吸熱1000kJ，對(duì)外作功1000kJ，其結(jié)果是：
(1)違反熱力學(xué)第一定律??(2)違反熱力學(xué)第二定律??(3)違反熱力學(xué)第一及第二定律(4)不違反熱力學(xué)第一及第二定律
7 某熱機(jī)循環(huán)中，工質(zhì)從熱源(T1=2000K)得到熱量Q1，對(duì)外作功Wo=1500J，并將熱量Q2=500J排至冷源(T2=300K)，試判斷該循環(huán)為：
(1)可逆循環(huán)?????(2)不可逆循環(huán)????(3)不可能實(shí)現(xiàn)
8 自發(fā)過程的特點(diǎn)是：
(1)系統(tǒng)熵必然減少???(2)需伴隨非自發(fā)過程才能進(jìn)行??(3)必為不可逆過程???(4)必為可逆過程
四、問答題
1 熱連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臈l件是什么?轉(zhuǎn)變限度是什么?
2 利用孤立系統(tǒng)熵增原理，證明熱量是自發(fā)地由高溫物體轉(zhuǎn)向低溫物體。
3 比較循環(huán)熱效率公式 ηt=1-Q2/Q1與 ηt=1-T2/T1的適用條件。
4 第二類永動(dòng)機(jī)與第一類永動(dòng)機(jī)有何不同?
5 理想氣體的絕熱自由膨脹過程中系統(tǒng)與外界沒有交換熱量，為什么熵增大?
6 熱力學(xué)第二定律能否表達(dá)為：“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮�，而熱能不可能全部變�(yōu)闄C(jī)械能�！�?
五、計(jì)算題
1 有一卡諾循環(huán)工作于600℃及40℃兩個(gè)熱源之間，設(shè)每秒鐘從高溫?zé)嵩次鼰?00kJ。求：
(1)卡諾循環(huán)的熱效率
(2)循環(huán)產(chǎn)生的功率
(3)每秒鐘排向冷源的熱量
2 某動(dòng)力循環(huán)工作與溫度為1000K及300K的兩熱源之間，循環(huán)為1-2-3-1，其中1-2為定壓吸熱過程，2-3為可逆絕熱過程，3-1為定溫放熱過程。點(diǎn)1的參數(shù)是p1=1MPa,T1=300K,點(diǎn)2的參數(shù)T2=1000K,工質(zhì)為1kg,cp=1.01kJ/(kg.K)。求循環(huán)熱效率及循環(huán)功?
3 某可逆循環(huán)，熱源溫度為1400K，冷源溫度為60℃，若Q1=5000kJ。求：
(1)高溫?zé)嵩�、冷源的熵變化�?/p>
(2)由兩個(gè)熱源組成的系統(tǒng)的熵變化量
4 某動(dòng)力廠，熱源T1=1650K，冷源T2=300K，求從熱源放熱800kJ中有多少變?yōu)樽畲蟮难h(huán)功?若此熱量先傳給T1′=832K的熱源，問每800KJ的熱量中還有多少變?yōu)樽畲蟮难h(huán)功?若此視為一孤立系，則在不等溫傳熱中系統(tǒng)熵增量及產(chǎn)生的不可逆損失各是多少?
5 某火力發(fā)電廠的工質(zhì)從溫度為1800℃的高溫?zé)嵩次鼰�，并向溫度�?0℃的低溫?zé)嵩捶艧幔嚧_定：
(1)按卡諾循環(huán)工作的熱效率
(2)輸出功率為100000KW，按卡諾循環(huán)工作時(shí)的吸熱量和放熱量
(3)由于內(nèi)外不可逆因素的影響，實(shí)際循環(huán)熱效率只有理想循環(huán)熱效率的45﹪。當(dāng)輸出功率維持不變時(shí)，實(shí)際循環(huán)中的吸熱量和放熱量。
6 某熱機(jī)在T1=1800K和T2=450K的熱源間工作，若每個(gè)循環(huán)工質(zhì)從熱源吸熱1000KJ,試計(jì)算：(1)循環(huán)的最大功?(2)如果工質(zhì)在吸熱過程中與高溫?zé)嵩吹臏夭顬?00K，在放熱過程中與低溫過程中與低溫?zé)嵩吹臏夭顬?0K，則該熱量中最大能轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗌俟?熱效率是多少?(3)如果循環(huán)過程中，不僅存在傳熱溫差，并由于摩擦使循環(huán)功減小10KJ，則熱機(jī)的熱效率為多少?
答案
一、?填空題
1 熱能，機(jī)械能，機(jī)械能，熱能
2 q1-q2,機(jī)械能(循環(huán)功)
3 自發(fā)，非自發(fā)，消耗制冷機(jī)的功
4 一，變化
5 定溫，絕熱
6 溫度，無(wú)關(guān)
7 最高值，衡量標(biāo)準(zhǔn)
8 增大，減小
9 增大，不可逆
10 Sis≥0
11 Qa=Q(1-To/T),QTo/T
12 低溫，高溫，任何變化
13 吸熱，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了不可逆過程
二、判斷題
1 ×�？ㄖZ循環(huán)的熱效率只能小于1，因?yàn)橄蚶湓磁艢夥艧崾菬嶙児Φ谋貍錀l件(即Q2≠0)
2 ×。不管循環(huán)可逆與否，完成循環(huán)，則工質(zhì)回復(fù)到初始狀態(tài)，工質(zhì)熵不變。
3 √。
4 ×。不可逆過程中熵的變化量可以計(jì)算，方法是：在相同的初、終狀態(tài)間選擇一條可逆路徑來(lái)計(jì)算。
5 ×。若留下其它變化是可能的。如理想氣體在定溫吸熱膨脹過程中，就可把所吸熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但同時(shí)留下了其它變化，即氣體狀態(tài)發(fā)生了變化。
6 ×。只有在熱源和冷源溫度條件相同時(shí)才正確。
7 ×。定熵過程不一定是可逆絕熱過程。如系統(tǒng)在狀態(tài)變化過程中，因不可逆因素產(chǎn)生的熵產(chǎn)和系統(tǒng)放熱減少的熵隨時(shí)相等時(shí)，系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程就是定熵過程，但卻不是可逆絕熱過程。
8 √。
9 ×。循環(huán)熱效率不僅與循環(huán)凈功有關(guān)，還與循環(huán)吸熱量有關(guān)，取決于兩者的比值(W0/Q1)。
10 ×�？赡嫖鼰徇^程也可使系統(tǒng)熵增大。
11 ×。熱量可以由低溫物體傳向高溫物體，如制冷循環(huán)，其實(shí)現(xiàn)條件是制冷機(jī)要消耗功。
12 ×。兩過程的熵變應(yīng)相等，因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)，只要初、終狀態(tài)相同，其變化量就應(yīng)相同，而與變化路徑無(wú)關(guān)。
13 √。
14 ×�？煞謩e從熱力學(xué)第一、第二定律加以證明。
三、選擇題
1.（3）????2 .（2）???3.(1)??4.(2)??5.(1)??6.(2)??7.(2)??8.??(3)
四、問答題
1.答：至少應(yīng)有兩個(gè)溫度不同的熱源構(gòu)成的熱力循環(huán)。ηt<1 q1="">wo，q2≠0。
2.答：孤立系中自發(fā)傳熱時(shí)，系統(tǒng)熵的變化量ΔSis=Q(1/T2-1/T1)。因不可逆?zhèn)鳠�，其ΔSis>0,則T1必須大于T2，即熱量是自發(fā)地由高溫傳向低溫物體。
3.答：前者適用于任意熱機(jī)循環(huán)，后者適用于兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆循環(huán)(包括卡諾循環(huán))。
4.答：第一類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒原理;而第二類永動(dòng)機(jī)并不違反能量守恒原理，但它卻違反熱力學(xué)第二定律。
5.答：理想氣體的絕熱自由膨脹過程中系統(tǒng)與外界沒有交換熱量，故熵流為零。但自由膨脹過程是一個(gè)典型的不可逆過程，存在熵產(chǎn)恒大于零。由ΔS=Δf+Δg可知，理想氣體的絕熱自由膨脹過程中系統(tǒng)的熵增大。
6.答：不能這樣表述。對(duì)于可逆的定溫過程，工質(zhì)所吸收的熱量可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但是自身狀態(tài)發(fā)生了變化，所以這種表述不正確。
五、計(jì)算題
1.(1)ηt, c=0.64??(2) 64kJ/s(64kW)??(3)Q2=36kJ/s
2.ηt=48.9﹪，w0=345.4kJ/kg
3.ΔS(熱源)=-3.75kJ/k,ΔS(冷源)=3.57kJ/K,ΔS(系統(tǒng))=0
4.W0=645.6kJ,W0′=508.4kJ,ΔSis=0.487kJ/K,不可逆損失即做功能力損失為：I=W0-W0′=146.2kJ
5.(1)ηt,c=0.859??(2)Q1=1.165×105kJ/s,Q2=1.65×104kJ/s (3)實(shí)際循環(huán)：ηt=0.387,Q1′=2.587×105kJ/s;Q2′=1.587×105kJ/s
6.(1)W0,max=750kJ, (2)W0,max′=706kJ,ηt′=70.6﹪ (3)ηt″=69.6﹪
7.(1)用電熱器供暖，所需功率即等于供熱率，故電功率為P=36000/3600=10kW
(2)如果熱泵按逆向卡諾循環(huán)運(yùn)行，所需的功最少。則逆向卡諾循環(huán)的供暖系數(shù)為ε=Q1/W0=T1/(T1-T2)=9.77，由此可求出：W0=Q1/ε=36000/9.77=3685kJ/h
故熱泵所需的最小電功率為：P=W0/r=3685/3600=1.02kW
●顯然，用熱泵供暖更節(jié)能。
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