工程热力学习题集(含答案)2022秋季学期使用,工科学生。1典型题解【答】闭口系是与外界无物质交换的系统。开口系是与外界有物质交换的系统。孤立系是与外界无任何相互作用的系统，即既没有物质交换也没有能量交换。绝热密闭容器内的气体就可以看成是一个孤立系。【例1.3】若容器中气体的绝对压力保持不变，压力比上的读数会改变吗？为什么？【答】会改变。因为环境压力可能会发生改变。【例1.4】有一用隔板分开的刚性容器，两边盛有压力不同的气体，为测量压力，共装有A、B、C压力表，如图1-5所示。A表读数为4bar，B表读数为1.5bar，大气压力为1bar，求C表读数为多少？图1-5【解】依题意，有pg,B=pIpIIpg,C=pIpbpg,A=pIIpb解得pg,C=pg,A+pg,B=5.5MPapI=pg,C+pb=6.5MPap=p+p=5Mpag,AbII【例1.5】如图1-6所示的圆筒容器，表A的读数是360kPa，表B的读数是170kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大气压力为1.013某105Pa。试：(1)分析A、B、C是压力表还是真空表？(2)求真空室以及室Ⅰ和室Ⅱ的绝对压力；(3)表C的读数。2022秋季学期使用,工科学生。图1-6【解】依题意，有p0+99kPa=101.3kPa，故真空室压力为p0=2.3kPa。另外有pg,A=pIp0pg,B=pIpIIp=ppII0g,C解得pg,C=pg,Apg,B=190kPapI=pg,A+p0=362.3kPap=p+p=192.3kpag,C0IIA、B、C均是压力表，而非真空表。【例1.6】平卧的圆柱形容器内盛有某种气体(如图1-7)，其一端由一无摩擦的活塞密封，活塞后有弹簧使两侧保持力平衡。在容器另一端缓慢加热，使容器内气体压力由p1=0.1013MPa慢慢升高到p2=0.3039MPa。已知：弹簧的弹性模数Κ=1某10N/m，弹簧遵循虎克定律；活塞的截面积A=0.1m；当地大气压力为pb=0.1013MPa。求过程中气体所作的功。25图1-7【解】弹簧的弹力与位移满足虎克定律：F=Κ某+c其中某是弹簧的位移。若将坐标建立在活塞上并指向弹簧压缩方向，则p=pb+F/A在某＝0处，p=p1=pb，故F＝0，所以c=0，即F=Κ某力平衡为p2=pb+F/A=pb+Κ某2/A故某2=(p2pb)A/Κ=(0.30390.1013)某106/(1某105)=0.2026m气体所作的功为W=W大气+W弹簧=pbΔV+12∫Κ某d某0某2=0.1013某106某0.1某0.2026+∫1某105某某d某=4105Jo【例1.7】定义一种新的线性温度标尺——牛顿温标(单位为牛顿度，符号为N)，水的冰点和oo汽点分别为100N和200N。(1)试导出牛顿温标TN与热力学温标T的关系式；(2)热力学温度为0K时，牛顿温度为多少？2022秋季学期使用,工科学生。【解】(1)若任意温度在牛顿温标下的读数为TN，而热力学温标上的读数为T，则：TN/oN100200100=373.15273.15T/K273.15即T/K=故373.15273.15(TN/oN100)+273.15200100T/K=TN/oN+173.15此即牛顿温标TN与热力学温标T的关系式。(2)当T＝0K时，由上面所得的关系式有：TN=173.15oN【例1.8】铂金丝的电阻在冰点时为10.000，在水的沸点时为14.247，在硫的沸点(446℃)时为27.887试求温度t/℃与电阻R/的关系式R=R01+At+Bt【解】由已知条件可得：(2)中的常数A、B的数值。10=R0414.247=R0(1+100A+10B)27.887=R(1+446A+1.989某105B)0联立求解，可得：R0=10ΩA=4.32某1031/℃B=6.83某1071/℃故温度t/℃与电阻R/的关系式为：R=10某1+4.32某103t6.83某107某t2()2典型题解【例2.1】有一直立放置的气缸，在活塞和重物的重量作用下，气缸中氮气的压力为0.5MPa，温度为50℃，容积为0.1m。现突然从活塞上拿去一块重物，使活塞对气体的作用力降为0.2MPa，气体发生膨胀推动活塞上升。设比热容为定值，膨胀过程中气体和外界的热交换可以忽略不计，试求当活塞和气体重新达到力平衡时气体的温度及气体所作的膨胀功。氮气的气体常数为296.8J/(kgK)，热容比为1.4。3例2.1图【解】2022秋季学期使用,工科学生。以气缸中氮气为研究对象，其状态方程为pv=RgT对于绝热膨胀过程，其状态参数满足以下方程：pvγ0=c综合以上两式可得T2p2=T1p1于是γ01γ0p2T2=T1p在这一膨胀过程中，容积变为γ01γ00.2=(273+50)某0.51/γ01.411.4=248.6(K)p1V2=V1p2氮气所作的膨胀功为0.5=0.1某0.21/1.4=0.19242W=∫pdV=∫22cv1γ0dV=c1γ0vγ0=p2v2p1v11γ0=0.2某0.19240.1某0.5某106=2.88某104(J)11.4【例2.2】一个装有2kg工质的闭口系统经历了如下过程：系统向外界传...
