西南交通大学大学物理AIINO12热力学第二定律参考答案

©物理系_2014_09《大学物理AII》作业No.12热力学第二定律班级________学号________姓名_________成绩_______一、判断题：（用“T”和“F”表示）[T]1．热力学第二定律说明自动发生的热力学过程总是沿着无序度增加的方向进行。解：热力学第二定律的实质。P311.[T]2．可逆过程一定是准静态过程。解：可逆过程无摩擦的准静态过程。所以它一定是准静态过程。[F]3.第二类永动机不可能制成是因为违背了能量守恒定律．解：第二类永动机并不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律。[T]4．任何可逆热机的效率均可表示为：高低TT1解：P301，根据卡诺热机的效率[F]5．一热力学系统经历的两个绝热过程和一个等温过程，可以构成一个循环过程解：P308题知循环构成了一个单热源机，这违反了开尔文表述。二、选择题：1．关于熵增原理，正确的理解是[D](A)熵增量大于零的过程为不可能自发进行的过程(B)一切热力学过程总是熵增加(C)孤立系统的熵变为零(D)孤立系统的熵永不会减少解：根据熵增原理，选D2．如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中的abcda增大为ab′c′da，那么循环abcda与ab′c′da所作的功和热机效率变化情况是：[D](A)净功增大，效率提高(B)净功增大，效率降低(C)净功和效率都不变(D)净功增大，效率不变解：卡诺循环的效率121TT只与二热源温度有关，曲线所围面积在数值上等于净功，所以净功增大，效率不变。3．如图，分别表示某人设想的理想气体的四种循环过程，请选出在物理原理上可能实2T1TabbccdVOP现的循环[B]解：由绝热过程和等温过程方程知在P-V相图中绝热线与等温线在交点处绝热线的斜率值大于等温线，所以（A）图错；又由热力学第二定律的反证法知二条绝热线不可能相交；所以（C）、（D）图错。故选B4．用下列两种方法B(1)使高温热源的温度1T升高T；(2)使低温热源的温度2T降低同样的T值，分别可使卡诺循环的效率升高1和2，两者相比：(A)12;(B)12;(C)12;(D)无法确定哪个大。解：卡诺循环效率121TT，对121TT，求两方法的全微分得1122121TTTTTTT112)(TTTT因为12TT，所以由上二式可知：12。5．对于一定量的理想气体组成的系统，在以下叙述中正确的是[C]（A）经过等温压缩过程，熵增加（B）经过绝热自由膨胀过程，熵变为零（C）经过等温压缩过程，熵减少（D）经过绝热自由膨胀过程，熵减少解：经分析，只有C正确。三、填空题：1．一卡诺热机（可逆的），低温热源的温度为C027，热机效率为40%，其高温热源温度为500K。今欲将该热机效率提高到50%，若低温热源保持不变，则高温热源的温度应增加100K。OVp(D)等温绝热绝热OVp(C)绝热绝热等压(A)等温等容绝热OVP(B)等温绝热容等OVP解：卡诺循环效率：121TT，由题意：K5006.03001%,4021TT故高温热源温度为KT5001K100,K6005.03001%,50121TTT。故高温热源的温度应增加KT10012．一卡诺热机（可逆的），其效率为，它的逆过程的致冷系数212TTTw，则与w的关系为11w。解：wTTTTTTTTT111112122112213．从统计意义上解释：不可逆过程实际上是一个从概率较小的状态到概率较大的状态的转变过程。（填：较大、较小）4．热力学第二定律的两种表述克劳修斯叙述是：不可能使热量从低温物体传到高温物体而不产生其他的影响；开尔文叙述是：不可能从单一热源吸热完全转变为有用功而不产生其他影响。5．熵增加原理表述为：在孤立系统中进行的自发过程总是向着熵增加的方向进行，直到熵到达最大值为止。三、计算题：1.一定量的单原子分子理想气体，从初态A出发，沿图示直线过程变到另一状态B，又经过等体、等压两过程回到状态A。（1）分别计算ACCBBA,,三个过程中，系统对外做的功、内能增量及吸收的热量；（2）求整个循环过程中系统对外所做的净功；（3）求循环效率。2．1mol双原子分子理想气体作如图的可逆循环过程，其中1－2为直线，2－3为绝热线，3－1为等温线。已知13128,2VVTT，试求：（1）各过程的功，内能增量和传递的热量；（用1T和已知常数表示）；（2）此循环的效率。（注：循环效率1QA，A为每一循环过程气体对外所作的功，1Q为每一循环过程气体吸收的热量）解：(1)21：112125RTTTCEV11211221221121212121RTTTRVPVPVVPPA，11111132125RTRTRTAEQ，32：绝热膨胀过程，02Q，12123225RTTTCTTCEVV，12225RTEA。13：等温压缩过程，111313308.28lnln,0RTRTVVRTAE13308.2RTAQ。(2)%7.30308.2111113RTRTQQ3.如图所示是氮气循环过程，求：(1)一次循环气体对外做的功；（2）各个过程中所吸收的热量；(3)循环效率。解：(1)一次循环过程气体对外做功的大小为闭合曲线所包围的面积，由图知，其包围的面积为1412VVppSJ100.2101015510335该循环对外做功为正，所以J100.23A(2)1→2为等体过程，吸收热量为1122112212122525VpVpRVpRVpRTTCQVJ1025.1101015110253352→3为等压过程，吸收热量为2233223323232727VpVpRVpRVpRTTCQpJ104.11010110510274353→4为等体过程，吸收热量为J1025.6101010555252525335334433443434VpVpRVpRVpRTTCQV4→1为等压过程，吸收热量为J100.710105515272727335441144114141VpVpRVpRVpRTTCQp(3)该循环过程中，从2→3，1→2为吸收热量过程因此吸收的总热量为J10525.1421QQQ该循环的效率为%1.13%10010525.1100.243QA