第01章热力学基本定律习题及答案

- 1 - 第一章 热力学基本定律 习题及答案 § 1. 1 （P10） 1.“任何系统无体积变化的过程就一定不做功。”这句话对吗？为什么？ 解：不对。体系和环境之间以功的形式交换的能量有多种，除体积功之外还有非体积功，如电功、表面功等。 2. “凡是系统的温度下降就一定放热给环境，而温度不变时则系统既不吸热也不放热。”这结论正确吗？举例说明。 答：“凡是系统的温度下降就一定放热给环境”不对：体系温度下降可使内能降低而不放热，但能量可以多种方式和环境交换，除传热以外，还可对外做功，例如，绝热容器中理想气体的膨胀过程，温度下降释放的能量，没有传给环境，而是转换为对外做的体积功。 “温度不变时则系统既不吸热也不放热”也不对：等温等压相变过程，温度不变，但需要吸热(或放热), 如 PӨ、373.15K 下，水变成同温同压的水蒸气的汽化过程，温度不变，但需要吸热。 3. 在一绝热容器中，其中浸有电热丝，通电加热。将不同对象看作系统，则上述加热过程的 Q 或 W 大于、小于还是等于零？（讲解时配以图示） 解：（1）以电热丝为系统：Q<0，W>0 （2）以水为系统：Q>0，W=0（忽略水的体积变化） （3）以容器内所有物质为系统：Q=0，W>0 （4）以容器内物质及一切有影响部分为系统：Q=0，W=0（视为孤立系统） 4. 在等压的条件下，将1mol 理想气体加热使其温度升 高 1K，试 证 明所做功的数 值 为 R。 解：理想气体等压过程：W = p(V -V ) = pV -PV = RT -RT = R(T -T ) = R 5. 1mol 理想气体，初 态 体积为 25dm , 温度为 373.2K，试 计 算 分别 通过下列 四 个 不同过程，等温膨胀到 终 态 体积 100dm 时，系统对环境作的体积功。（1）向 真 空 膨胀。（2）可逆 膨胀。（3）先 在外压等于体积 50 dm 时气体的平 衡 压力下，使气体膨胀到50 dm ，然 后 再 在外压等于体积为 100dm 时气体的平 衡 压力下，使气体膨胀到 终 态 。（4）在外压等于气体终 态 压力下进 行 膨胀。 解： （1）向 真 空 膨胀：p 外=0，δ W= - p 外 dV=0，W=0 （2）可逆 膨胀：W= -nRTln(V2/V1) =-8.314× 373.2× ln(100/25)=-4301J=-4.3kJ （3）两 步 恒 外压膨胀：W= W1+ W2= -p 外,1(V 中-V1)- p 外,2(V2 -V 中) [此 步 可略] = -p 中(V 中-V1)- p2(V2 -V 中) = -nRT/V 中(V 中-V1) - nRT/V2(V2 -V ...