1-2孤立系统一定是闭口绝热系统，反之是否成立。1-3判断下列物理量是强度性参数还是广延性参数：质量、体积、比体积、密度、压力、温度、热力学能、动能、位能。1-4温度计测温的基本原理是什么？1-5某工质热力状态保持一定，试间，测定该工质的压力表读值能否发生变化？为什么？1-6某容器中气体压力估计在3MPa左右，现只有两只最大刻度为2MPa的压力表。试间，能否用来测定容器中气体的压力？1-7铁棒一端浸入冰水混合物中，另一端浸人沸水中，经过一段时间，铁棒各点温度保持恒定，试问，铁棒是否处于平衡状态？1-8温度高的物体比温度低的物体具有更多的热量，这种说法对吗？1-9在简单可压缩系统中气体克服外压力psur面膨胀，其容积变化为dv。假定膨胀过程为不可逆过程，则此过程中的功量是否可用psurdu表示？是否可用Pxysdu表示？（pm为系统中气体的压力）。假定气体膨胀过程为可逆过程，结果又将如何？1-10判断下列过程中哪些是（α）可逆的，（6）不可逆的，并简要说明不可逆原因。（1）对刚性容器中的水加热，使其在恒温下蒸发；（2）对刚性容器中的水搅拌，使其在恒温下蒸发；（3）一定质量的空气在无擦、不导热的气缸和活塞中被缓慢地压缩：（4）100℃的热水与15℃的冷水进行绝热混合。1-11任何可逆循环的热效率都相等吗？1-12工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中，是否要减去活塞排斥大气功，才是有用功。习题1-1如果气压计读值为B=105Pa，试完成下列计算：（1）表压力为1.5MPa时的绝对压力（MPa)；（2）真空表读值为4kPa时的绝对压力（kPa)；（3）绝对压力为90kPa时的真空值（kPa）；（4）绝对压力为1MPa时的表压力（MPa）。1-2蒸汽锅炉压力表读值P=3.23MPa：凝汽器真空表读值H一95kPa。若大气压力B=101.325kPa。试求锅炉及凝汽器中蒸汽的绝对压力。1-3气体初态p:=0.5MPa，=0.172m?/kg，按pu=常数的规律，可逆膨胀到p0.1MPa，试求膨胀功。1-4锅炉烟道中的烟气压力常用上部开口的斜管测量，如图1-15所示，若已知斜管倾角α=30°，压力计使用e=0.8g/cm的酒精，斜管中液柱L=200mm，当地大气压力B=0.1MPa。求烟气的绝对压力。1-5某气缸中有0.5kg的气体，从初态pi=0.7MPa，V,图1-15习题1-4图0.02m，可逆膨胀到终态V，=0.05m，各膨胀过程维持以下关系：（1）p=定值：（2）pV=定值。试计算各过程所作的胀功，并示意在p图上。1-6某蒸汽动力厂，发电量P=5×10°kW，锅炉耗煤量m=19×10kg/h，煤的发热量Q,=3×10"kJ/kg，试求该动力厂的热效率。1-7某房间冬季通过墙壁和窗子向外散热70000kJ/h，房内有两只40W的电灯照明，其他家电耗电约100W，为维持室内温度不变，房主购买了供热系数为5的热泵，求驱动热泵所需的功率。17
1-8据统计资料：上海各发电厂平均发1kW·h的电，耗标煤372g，若标煤的热值是29308kJ/kg试求上海电厂平均热效率是多少。1-9热泵供热装置，每小时供热量Qi=10kJ.消耗功率P=7kW，试求：（1）热泵供热系数：（2）从外界吸取的热量Q；（3）如改用电炉供热，需用多大功率的电炉，福X光商bHPDG18
第二章气体的热力性质热能转换为机械能要靠工质的膨胀才能实现。采用的工质应具备显著的胀缩能力，气体具有最好的热膨胀性，最适宜作为工质。本章介绍理想气体和实际气体概念，以及热力性质的计算。第一节理想气体与实际气体一、理想气体与实际气体理想气体概念源于实际，在热力学中占有很重要的地位。理想气体是一种经过科学抽象的，在实际中根本不存在的假想气体模型。它被假设为：气体分子是一些弹性的、不占有体积的质点，分子相互之间没有作用力（引力和序力）。在这两个假设条件下，气体分子运动规律大大地简化，分子两次碰撞之间为直线运动，且弹性碰撞无动能损失。对此简化的物理模型，不但可定性分析气体某些热力学现象，且可定量导出状态参数间存在的简单函数关系。如式（1-3）、式（1-7）。但是，经过这样的简化以后，能否符合实际情况，偏差多大，这就要看气体所处的具体状态了。如某种气体分子本身所具有的体积与其所活动的空间相比非常小，分子本身的体积可以忽略，而分子间平均距离很大，分子间相互吸引力小到可以忽略不计时，这种状态的气体使基本符合理想气体模型。因此，理想气体实质上是实际气体的压力P-0或比体积-→oo时的极限状态的气体。对于双原子和单原子气体，压力直到1～2MPa，温度在常温以上，理想气体状态方程式通常是很好的近似方程，在准确度方面，其误差不会超过百分之几。如果气体的状态处于很高的压力或很低的温度，气体有很高的密度，以致分子本身的体积及分子间的相互作用力不能忽略不计时，就不能当作理想气体看待了，这样的气体称为实际气体。如锅炉中产生的水蒸气、制冷剂蒸气、石油气等都属于实际气体。但是，如果继续对蒸气加热提高其温度，则温度愈高，比体积愈大，就愈接近理想气体。空气及烟气中的水蒸气，因其含量少，比体积大，均可当理想气体看待。可见，理想气体与实际气体没有明显界限，在某种状态下，应视为何种气体，要根据工程计算所容许的误差范围而定。二、理想气体状态方程状态方程式F(p，UT)=0，对理想气体具有最简单的形式，最早由实验定律得出（称为克拉贝龙方程），随着分子运动论的发展，又可从理论上导出，如式（1-7）所示：PDConBTpa3将上式两边同时乘以比体积v，得19
22nUBTN'BTpus33式中N=n1kg质量气体的分子数目，N为常数。上式可写成pu=RT(2-1)式中p—绝对压力（Pa)；u—比体积（m2/kg）；T-.-热力学温度（K)。号N"B称为气体常数，与气体种类有关，与气体状态无关，其单位为Nm/（kg·R=3K)或J/(kg·K)。式（2-1）为1kg理想气体的状态方程，反映理想气体在某一平衡状态下p、U、T之间的关系。将式（2-1）两边乘以气体总质量m，得mkg气体的状态方程：pmu=mRT或pV=mRT(2-2)式中V—质量为mkg气体所占的体积。在国际单位制中规定摩尔（mol）是表示物质的量的基本单位，物质中包含的基本单元数与0.012kg碳12的原子数目相等时物质的量即为1mol，0.012kg碳12的原子数目为6.0225×1023个。1mol的质量称为摩尔质量，用符号M表示，单位是g/mol或kg/kmol将式（2-1）两边乘以摩尔质量M，即pMU=MRT整理得以1kmol物量表示的状态方程式：pVM=RT(2-3)式中Vm=Mu—气体的摩尔体积（m/kmol）；Ro=MR-一通用气体常数（J/（kmol·K）），与气体种类及状态均无关，是一个特定的常数。若以nkmol表示物量，则气体的状态方程式：pV=nRoT(2-4)式中V——nkmol气体所占有的体积（m2）；m(kmol)。n—气体的摩尔数，n=MPDG三、气体常数与通用气体常数阿佛加德罗（Avogadro）定律指出：在相同压力和相同温度下，1kmol各种气体均占有相同的体积，由式（2-3）得20
RoTVM=(m/kmol)p实验证明，在po=101.325kPa，to=0℃的标准状态下，1kmol各种气体占有的体积都等于22.4m3。于是可以得出通用气体常数：_poVm_101325X22.4~8314J/(kmol·K)Ro=To273.15已知通用气体常数及气体的分子量即可求得气体常数：R=Ro=8314(J/(kg ·K))(2-5)M-M几种常见气体的气体常数如表2-1。几种常见气体的气体常数表 2-1RR化学式物质名称分子量物质名称化学式分子量(J/(kg·K))(J/(kg K))H22.0164124.0氮N2296.828.013复He4.0032077.0CO一氧化碳28.014296.8甲烷CH.16.043518.2CO:二氧化碳44.014188.9姐NHs17,031488.2氧032:0259, 8H,0水蒸气18. 615461.5空气28.97287.0理想气体状态方程式在热工计算和分析中有广泛的应用。【例2-1】求空气在标准状态下的比体积和密度。【解】查表得空气的气体常数R=287J/(kg·K)由理想气体状态方程式（2-1)，求得在标准状态下空气的比体积：.RT。_287×273.15=0.773m2/kgUopo10132511密度=1.293kg/m3Po=0.773标准状态下的比体积和密度还可以按下式计算：Muo=22.4m3/kg22.422.4=0.773m2/kgUoM28.97M28.97-1.293kg/mPo22.422.4【例2-2】1有一充满气体的容器，体积V=4.5m3，气体压力根据压力表的读数为P.=245.2kPa，温度计读数为t=40℃。问在标准状态下气体体积为多少？（大气压力B=100kPa)PDG【解】气体绝对压力p=B+psp=100+245.2=345.2kPa热力学温度T=273+40=313K21