·12· 工程热力学 解律由式(1.11)得 P=h=(62.4)(6)-一3741bf/e或2.60psi表压 1.14一-个10kg的物体由静止落下，忽略其与外界的相互作用（无摩擦）。请确定其落下5m 后的速度。 解切能量守恒要求系统的初始能量等于终了能量，即 E=E,音mM+mgh,=是mW+mgh: 初始速度V:为零，高度差h1一h2=5m。于是，有 mg(h:-h:)=文m8或V=V2g(h-ha)=V(2)(9.81)⑤=9.90m/s 1.15一个0.81bm的物体以200ft/scc的速度进入一种黏性液体，并在该物体碰到液体容 器底部之前基本上停了下来。若取该物体和液体为系统，则内能增加了多少？忽略势 能的改变。 输瓣当我们忽略势能的改变时，动能和内能之和保持不变。这使我们可以写出下面的关系 之mf+=2mM-山 终了速度V2为等，于是内能的增量（亿2一，）为 U:-Um(0.8 Ibm)(0/se16000 1bm-fe /see 我们可以将上面的单位转化成能量的常用单位t-b: -=2220器-467b 补充习题 ,16画出下列情况的草图并识别系统或控制容积，系统边界和控制表面。(a)动力冲程中气缸内然烧的气 体：(b)排气冲程时气缸内的燃烧气体；(c)气球向外排出的空气：()汽车轮胎在行驶的过程中被加 热：(e)正在使用的压力蜗。 答案(a)系统(b)控制容积(c)整制容积(d)系统(e)控制容积 117下列哪个过程可以用准平衡过程近似？()汽车发动机气缸中燃烧气体的膨胀，(b)一个管子内高低 压区的分隔膜的破裂，()用板式加热器对一个房阿里的空气进行加热。 答案(a)可以(b)不可以(c)不可以 1.18过冷液体是温度低于凝结温度的液体。该系统是否处于热力学平衡状态？为什么？ 答案不处于 1.19将下列各量转换成国际单位制：(a)6it,(b)4in3,(c)2 slugs,.(d)40ft-lbf,(e)2000ft-lbf/sec,(f)150 hp,(g10f/sec。 答案(a)1.829m(b)65.56cm3(c)29.18kg(d)54.24N·m(e)2712W(D111.9kW (g)0.2832m31s 1.20确定在重力加速度为9.77/s2的地点质量为10kg的物体的重量。 答案97.7N 1.21一个最初在g=32.3/sec2的地方标定的弹簧秤，在g=32.1f/sec2的地方称量一个质量为101m 的物体的重量，其读数是多少？ 答案9.91bf 1.22重力加速度与海拔高度的关系是g=(9.81-3.32X10h)m/5,其中片的单位是m。一个在海平面 重40kN的飞机在10km高度的重量是多少？ 答案39.9kN 1.23计算以100ft/sec2的加速度使-个20000bm的火箭垂直上升所高要的力。设g=32.2ft/sec2。 答案82100bf 1.24在汽车突然刹车四轮全部打滑的情况下，确定(a)一辆2200kg的汽车和(b)一辆1100kg的汽车的减速
第一章概念、定义和基本原理 13· 度。干沥青路面的摩擦系数=0.6(=FN,其中N是法向力，F是摩擦力)。 答案(a)5.886m/s2(b)5.885m/s2 1,25万有引力的牛顿第三定律中的质量（习题1.8）与关于运动的牛顿第二定律中所定义的质量是相同的。 (a)若g是重力加速度，证明g=km/R2,其中m。是地球的质量，R是地球的半径。(b)地球半径是 6370km,若重力加速度为g=9.81m/s2,计算地球的质量。 答案(b)5.968X104kg L26(a)一个卫星在距离地球表面500m的轨道运行，该卫星只受到地球对它的吸引力。请估算该卫星的 速度。〔提示：以半径r,速度V做圆周运动的物体的径向加速度为V/它必须等于重力加速度（见习 题1.22和1.25).] 答案8210m/s (b)据报道，第一颖地球卫星以27000km/h的速度绕地球运动，距离地面最高处为900km。假定运行 轨道是圆的，地球平均直径取为12700k。用@两物体之间的引力，6运动物体的径向加速度计算 在此高度处的重力加速度。 答案包7.55m/s2D7.76m/s2 1.27若g=9,81m/s2,V=10m,请将下表填完。 v/(m/kg) o/(kg/m) Y/(N/m) m/kg W/N (a} 20 (b) 2 (e) (D 100 (e) 100 答(a)0.05,0.4905,0.5,4.905(b)0.5,19.62,20,196.2(c)2.452,0.4077,4077,40 (d)0.1,10,98.1,981(e)0.981,1.019,10,10.19 1.2若Pm=100kPa(Y=13.6r,o),请将下表填完。 kPa表压 kPa绝对压力 mHg绝对压力 mHO表压 (8) (b) 150 (c) 30 (d) 30 答泰(a)105,787,0.5097(b)50,1124,50.97(c)-96.4,-9.786(d)294.3,394.3,2955 1.29求水管和油管间的压差（图1-15）。 答案514kPa 水管 He 油管 图1-15 1.30一个直径为250mm的钟罩扣在一个平板上，抽出其中气体直到 使其具有700mmHg的真空度，当地气压表读数？60mm汞柱。 求罩内的绝对压力以及使罩子离开平板所漏要的力。忽略罩子 的宜重。 答案8005Pa,4584N 131一个水池底部有一水平直径为2m的阀门，如图1-16所示。请 确定刚好能打开该阀门的力F。 图1-16
·14· 工程热力学 答案77.0kN 1.32一物体被测得其温度为25℃。请以℉，K和℉表达该温度。 答案538.3R.299K,78.8℉。 L3储存在弹簧中的势能用受K?计算，其中K是弹養常数，x是弹簧压缩长度。现设计用两个弹资吸收 一个2000kg汽车的动能。若在车速10m/s时弹簧最大压缩长度是100m,请确定其弹簧常数。 答案10×10N/m 1.34-个1500kg的汽车以60km/h的速度与一个1000kg,速度90km/h的汽车迎头相痛，若捕后它们直 接停了下来，请确定内能的增量。取两个汽车为系统。 答案521kJ 1,35重力加速度可用g=9.81一3.32×10hm/s2来计算，其中h是海拔高度，一架飞机以900km/h的速 度在10km高度飞行。如果在海平面上它的重量是40kN,请确定(a)它的动能(b)它相对于海平面 的势能。 答案(a)127.4M(b)3S9.3M
第二章纯质的性质 2.1引言 本章介绍了纯质的压力、比体积以及温度间的关系。纯质即单一工质，它可以以多相的形 式存在，但是各相必须具有相同的化学成分。水是一种纯质，它的三个相的不同组合具有相同 的化学成分。空气不是纯质，液态空气和气态空气具有不同的化学成分。另外，我们仅考虑简 单可压缩物质，也就是说，物质不受磁、电或表面张力的作用。我们可以在热力学研究中找到 很多纯的，简单的，可压缩物质的应用情况。在后面的章节中我们会介绍一些实际作用，这些 作用使得物质偏离本章介绍的理想状态。 2.2Pw-T表面 众所周知，物质可以以固、液、气三种不同的相存在。考察如下实验：在一个压力保持恒定 的活塞气缸装置中有一固体，向气缸加热，使工质经历所有不同的相。图2-1中显示了我们 固体 液体 (a) (b) (e) ( 图2-1 实验的不同阶段，在实验中我们将记录温度和比体积。首先从低温下的固态开始，加热，直到 固体刚好溶化。加入的热全部用来溶化该物体，此时温度保持恒定。全部固体都溶化后，液体 的温度又一次上升，直到气体刚好开始产生。这一状态称为饱和液体状态。在通常被称为沸 腾的从液到气的相变过程中，随着热量的加入温度再一次保持恒定。最后，所有的液体都气化 了，此状态为饱和蒸气状态。此后随着加热的进行，温度再次升高。这一实验以图形的方式示 于图2-2()中。应该注意的是，固体和液体的比体积比蒸气的比体积要小得多，为使差别明 临界点 P=常数 蒸气 蒸气 饱和液体 液-气 液体 饱和蒸气 9 固体 周-气 (a) (b) 图2-2
·16· 工程热力学 显，图中的比例被夸大了。 如果将实验在一系列不同的压力下重复进行，则会得到一个如图2-2(b)所示的Tv图。 当压力高于临界点压力时，液体变成气体时不再经历等温气化过程。不同物质的临界点性质 见表B-3。 在实际实验中得到的数据可以以一个P=P(,T)的三维热力学面的形式给出。图2-3 定性地表示了冷冻时收缩物质的热力学面。对于冷冻时膨胀的物体，固-液面的比体积比固相 面的比体积更小。仅有一个相存在的区域标示为固体、液体和气体。同时有两相存在的区域 标示为固-液(S-L),固-气(S-V)以及液-气(V-L)。沿着二相线所有的三个相共存，在三 相线上温度和压力恒定不变。 临界点 液体 气体 固 液 =常数 固体 T=T 液-气 气 三相线 画-气 T 图2-3 PT面可以投影到P-v平面、Tv平面和P-T平面，这样就可以得到图2-4所示的 Pv图、Tv图和PT图。同样，为显示不同区域，对图形做了变形。注意到，当视线与口轴平 行时，图2-3中的三相线看起来就像是一个点，因此称为三相点。在图2-4的T℃图中还绘 制了一条等压线，在P图中绘制了一条等温线。 我们主要对液相、液-气和气相区特别感兴趣。饱和蒸气状态均在饱和蒸气线上；饱和液 临界点 P 临界点 临界点》 溶化线 饱和蒸气线 P=常数 液体 蒸气 蒸气 液-气 液-气 饱和蒸气线 气化线 T=常数 饱和 饱和 蒸气 液体线 液体线 固体 三相点 (a) (b) (c) 图2-4