1、为什么第一定律数学表示式dU=δQ-δW 中内能前面用微分号d,而热量和功的前面用δ符号?
答:因为内能是状态函数,具有全微分性质。而热量和功不是状态函数,其微小
改变值用δ表示。
2、公式H=U+PV中H > U,发生一状态变化后有ΔH =ΔU +Δ(PV), 此时ΔH >ΔU吗?为什么?
答:不一定。因为Δ(PV)可以为零、正数和负数。
3、ΔH = Qp , ΔU = Qv两式的适用条件是什么?
答:ΔH = Qp此式适用条件是:封闭系等压非体积功为零的体系。
ΔU = Qv此式适用条件是:封闭系等容非体积功为零的体系。 (1)状态确定后,状态函数的值即被确定。
答:对。
(2)状态改变后,状态函数值一定要改变。
答:不对。如:理想气体等温膨胀过程,U和H的值就不变化。 (3)有一个状态函数值发生了变化,状态一定要发生变化。 答:对。
4、想气体绝热向真空膨胀,ΔU=0,ΔH=0对吗?
答:对。因理想气体绝热向真空膨胀过程是一等温过程。
5、恒压、无相变的单组分封闭体系的焓值当温度升高时是增加、减少还是不变? 答:增加。
6、当体系将热量传递给环境后,体系的焓值是增加、不变还是不一定改变? 答:不一定改变。
7、等温等压进行的某化学反应,实验测得T1和T2时的热效应分别为ΔrH1和ΔrH2,用基尔霍夫公式验证时,发现数据不相等。为什么?
解:用基尔霍夫公式计算的ΔrHm,1和ΔrHm,2是反应物完全变成产物时的值。而ΔrH1和ΔrH2是该化学反应达到平衡时实验测得的值。
8、“功、热与内能均是能量,所以它们的性质相同”这句话正确否? 答:不正确。虽然功、热与内能都有能量的量纲,但在性质上不同,内能是体系的本身性质,是状态函数。而热与功是体系与环境间交换的能量,是与热力学过程相联系的过程量。功与热是被“交换”或“传递”中的能量,不是体系本身的性质,不是状态函数,与内能性质不同。热与功也有区别,热是微粒无序运动而传递的能量,功是微粒有序运动而传递的能量。
9、 为什么本教材中热力学第一定律表达式是:ΔU=Q+W,而有些书中采用ΔU=Q-W,两者是否有矛盾,为什么?
答:因为本教材规定:体系吸热为正,放热为负;体系对外作功,W为负值,环境对体系作功,W为正值,总的来说,体系在过程中得到能量为正,失去能量为负。在这个规定下,要满足能量守衡原理,则必须是体系吸的热加上环境对体系作的功后,才等于体系内能的变化值,所以是ΔU=Q+W。而有些书上,功的符号与上述规定相反,(体系向环境做功,W 为正值,环境向体系做功,W 为负值),则就是ΔU=Q-W。
10、一体系由A态到B态,沿途径Ⅰ放热 100J,对体系作功 50J。问(1)由A态沿途径Ⅱ到B态体系作功 80J,其Q值为多少?(2) 如体系由B态沿途径Ⅲ回到
A态得50J功,体系吸热环是放热?Q为多少?
答:(1) ΔUA→B=-100+50=-50J Q=ΔUA→B-W=-50-(-80)=30J (2) ΔUB→A=-ΔUA→B=50J Q=ΔUB→A-W=50-50=0 体系不吸热也放热
11、已知体系的状态方程式F(T,p,V)=0,由U=f(T,V)写出当压力不变时气体的内能对温度的变化率的表达式。
答:dU=(ЭU/ЭT)VdT+(ЭU/ЭV)TdV压力不变时,除以dT:(ЭU/ЭT)p=(Э
U/ЭT)V+(ЭU/ЭV)T(ЭV/ЭT)p
12、为什么无非体积功的等压过程的热,只决定于体系的初、终态? 答:因为无其它功的等压过程中Qp=ΔH,而 ΔH 是体系状态函数的改变值,其大小只决定于体系的始终态,所以在无其它功的等压过程 Qp 大小只决定于初终态。
13、“因 ΔH=Qp,所以只有等压过程才有 ΔH。”这句话是否正确? 答:不正确。H是状态函数,H=U+pV,凡是体系状态发生变化,不管经过什么过程,体系的焓值都可能变化,即 ΔH 有可能不等于零。
14、因为“ΔH=Qp,所以Qp 也具有状态函数的性质”对吗?为什么? 答:不对,ΔH=Qp,只说明Qp 等于状态函数H的变化值 ΔH,仅是数值上相等,并不意味着Qp 具有状态函数的性质。ΔH=Qp 只能说在恒压而不做非体积功的特定条件下,Qp 的数值等于体系状态函数 H 的改变,而不能认为 Qp 也是状态函数。 15、试证明在无非体积功的等容过程中体系的ΔU=QV。
证明:ΔU=Q+W 等容时 ΔV=0,又无其它功,W=0 ∴ ΔU=QV 16、为什么对于理想气体,公式ΔU=nCV,mdT 可用来计算任一过程的ΔU,并不受定容条件的限制?
答:因为对理想气体,U=f(T),内能仅是温度的函数,从始态出发,不论经什么过程,达到不同的终态,只要始终态温度分别相同,ΔU 就一定相同。所以公式ΔU=CV,mdT并不受定容条件的限制。
恒容过程ΔU1
CV,mdT 两者终态的温度相同
恒压过程 ΔU2=ΔU1+ΔU3 ∴ ΔU3=0 ∴ ΔU2=ΔU1=CV,mdp 即 1mol理想气体不论什么过程,只要变到相同温度的终态其ΔU 总是等于CV,mdT 17、为什么理想气体常数R在数值上等于1mol理想气体升高1K时所作的等压体积功?
答:W=-p外ΔV=-p(V2-V1)=-nR(T2-T1) 当 n=1mol T2-T1=1K 时 W=R 18、体系中有100克N2,完全转化成NH3,如按计量方程式N2+3H2→2NH3,Δξ=?
N2
H2—→NH3,Δξ=?,如反应前体系中N2的物质的
量n(N2)=10mol,分别按上述二计量方程式所得的Δξ计算反应后的 n'(N2)=? 答:nN2(0)=100/28=3.57mol nN2(ξ)=0 Δξ1=[nN2(ξ)-nN2(0)]/νB=(0-3.57)/(-1)=3.57mol Δξ2=(0-3.57)/(-1/2)=7.14mol
公式:nB(ξ)=nB(0)+νBΔξ nB(0)=10mol
按方程式:N2+3H2→2NH3, nN2(3.57)=10-(-1)×3.57=6.43mol
N2
H2→NH3, n'N2(7.14)=10-(-1/2)×7.14=6.43mol
两者结果相同。
19、根据Qp,m=QV,m+∑νB(g)RT,Qp,m 一定大于QV,m 吗?为什么?举例说明。
答:Qp,不一定大于QV,其大小比较取决于 ∑νB(g) 的符号,若∑νB(g)>0, m m, 则 Qp,m> QV,m,但若 ∑νB(g)<0, Qp,m<QV,m 例如:H2(g)
O2(g)—→H2O(l)
ΔHm=Qp=-285.9 kJ·mol-1 ∑νB(g)=-1.5<0
QV,m=Qp,m-∑νB(g)RT=-285.8×103+1.5×8.314×298=-282 kJ·mol-1 Qp,m<QV,m
又例如:Zn(s)+H2SO4(aq)—→ZnSO4(aq)+H2(g)↑ Qp,m=-177.9 kJ·mol-1 ∑νB(g)=1>0
QV,m=Qp,m-∑νB(g)RT=-177.9×10-3-8.314×298=-180.37 KJ·mol-1 Qp,m>QV,m
20、“稳定单值的焓值等于零”;“化合物摩尔生成热就是 1mol 该物质所具有的焓值” 对吗?为什么?
答:不对。稳定单质的焓值并不等于零。但可以说标准状态下稳定单质的规定焓值等于零,人为规定标准状态下,稳定单质的生成焓,即规定焓为0。化合物的摩尔生 成热不是 1mol 物质所具有的焓的绝对值,而是相对于生成它的稳定单质的焓的相对值。即是以标准状态下稳定单质生成热为零作基线,得出的相对值。 21、 证明由键焓计算反应的 ΔHm 的公式是:ΔrHm=(-∑ni答:化合物的ΔfH
ni(ΔH
)-(∑nj
j
i
)(反应物-产物)
)
)-∑(n
j
而反应热效应 ΔrHm=∑νB(ΔHm,f)B=∑νB[∑ni(ΔH
j
)]B
)B-∑νB(∑nj
jB
=∑νB(∑niΔH
)
因组成产物与反应物的元素相同,且各种原子的数目也相等, 即 ∑νB(∑niΔH
=-∑νB(∑nj
jB
)B=0 便有ΔHm=-∑νB(∑nj)(反应物)-∑νB(∑nj
j
jB
)
)(产物)
jB
若将反应物的计量系数νB考虑为正值,则上式(-∑νB(∑nj为∑νB(∑nj
jB
)(反应物),便成
)(反应物),再将一个B分子中的j键数nj乘上方程式中反应物
i
的计量系数ν,便是该反应方程中反应物总j键数nj,改写为ni,键焓 么,反应物的总键焓值便为(∑ni正值,则为 (∑ni物)。
i
i
,那
)(反应物)。同理对产物的计量系数考虑为
i
)(产物)。便得:ΔHm=(∑ni)(反应物)-(∑ni
i
)(产
22、反应 A(g)+2B(g)—→C(g) 的ΔrHm(298.2K)>0,则此反应进行时必定吸热,对吗? 为什么?
答:不对。只有在等压下,无非体积功时,Qp=ΔHm,ΔHm>0,故 Qp>0,体系必定吸热。但在有非体积功,或者非等压条件下,ΔHm≠Qp ,ΔHm>0,Qp可以小于0,等于0,不一定吸热。例如,绝热容器中H2与O2 燃烧,ΔHm>0,但Q=0,不吸热。
23、 “可逆过程一定是循还过程,循还过程一定是可逆过程”这种说法对吗? 为什么?
答:不对。可逆过程不一定为循环过程。因为只要体系由A态在无摩擦等消耗效应存在的情况下,经由一系列无限接近平衡状态到达B态,则由A到B的过程是可逆。显然,如果初态 A 与终态 B 是两个不同的状态,则A到B便不是循环过程;如果B态就是A 态则该过程便是可逆循环过程。循环过程不一定是可逆的,由始态A开始,状态经过变化,不论途径可逆与否,只要回到始态A,就是循环
过程。只是,由A态开始,在无摩擦等消耗效应存在的情况下,经过由一系列无限接近平衡状态,又回到A态的循环过程才是可逆循环过程。总之可逆过程与循环过程是两个完全不同的概念。
24、 气体同一初态(p1,V1)出发分别经等温可逆压缩与绝热可逆压缩,至终态,终态体积都是V2,哪一个过程所作压缩功大些?为什么?
答:(规定环境做功为正值),绝热可逆压缩功大于等温可逆压缩功。这是因为绝热压缩 时,环境所做功全部都变成气体的内能,因而气体的温度升高,故当气体终态体积为V2 时,气体的压力比经等温可逆到达V2 时气体的压力要高,即绝热可逆压缩时,环境施加的压力大些,因而所做压缩功也多些。
25、 从同一初态(p1,V1)分别经可逆的绝热膨胀与不可逆的绝热膨胀至终态体积都是V2时,气体压力相同吗?为什么?
答:不相同。可逆绝热膨胀由(p1,V1)到V2 体系付出的功大于不可逆绝热膨胀由(p1,V1)到V2 所付出的功。而两过程的 Q 都等于零,因而前一过程中体系内能降低得更多,相应终态气体的温度也低些。所以可逆绝热膨胀比不可逆绝热膨胀到终态V2 时气体的压力低些。
第一章 热力学第一定律 1.“根据道尔顿分压定律p=∑B pB压力具有加和性,因此是广延性质。”这一结论正确否?为什么?
答:不对。压力与温度一样是强度性质。不具有加和性,所谓加和性,是指一个热力学平衡体系中,
某物质的数量与体系中物质的数量成正比,如 Cp=∑nBCp,m(B)。而道尔顿分压定律中的分压pB
是指在一定温度下,组分B单独占有混合气体相同体积时所具有的压力。总压与分压的关系不是同
一热力学平衡体系中物量之间的关系,与物质的数量不成正比关系,故p=∑pB不属加和性。本题
所犯错误是把混和气体中 总压 p与各组分分压 pB 关系误认为是热力学平衡体系中整体与部分的关系。 2.“凡是体系的温度升高时就一定吸热,而温度不变时,体系既不吸热也不放热”,这种说法对否? 举实例说明。
答:不对。例如:绝热条件下压缩气体,体系温度升高,但并未从环境中吸热。
又如:在绝热体容器
中,将 H2SO4 注入水中,体系温度升高,但并未从环境吸热。再如:理想气体等温膨胀,从环境
吸了热,体系温度并不变化。在温度不变时,体系可以放热或吸热,相变时就是这样。例如水在
1atm、100℃下变成水蒸气,温度不变则吸热。
3.-p(外)dV与-p(外)ΔV有何不同?-pV就是体积功,对吗?为什么在例2中-pVm(g)是体积功? 答:-p(外)dV 是指极其微小的体积功。-p(外)ΔV 是在指外压不变的过程体积功。即在外压 p 不
变的过程中体积由 V1变化到 V2(ΔV=V2-V1)时的体积功。-pV不是体积功,体积功是指在外压
(p外)作用下,外压p与体积变化值(dV)的乘积。V与 dV 是不同的,前者是指体系的体积,后
者是体积的变化值。体积变化时才有体积功。例2中的-pVm(g)实为-p[Vm(g)-Vm(l)],在这里忽略
了Vm(l),这里的Vm(g)实为ΔV=Vm(g)-Vm(l),因此-pVm是体积功。 4.“功、热与内能均是能量,所以它们的性质相同”这句话正确否?
答:不正确。虽然功、热与内能都有能量的量纲,但在性质上不同,内能是体系的本身性质,是状
态函数。而热与功是体系与环境间交换的能量,是与热力学过程相联系的过程量。功与热是被
“交换”或“传递”中的能量,不是体系本身的性质,不是状态函数,与内能性质不同。热与功
也有区别,热是微粒无序运动而传递的能量,功是微粒有序运动而传递的能量。
5. 为什么本教材中热力学第一定律表达式是:ΔU=Q+W,而有些书中采用ΔU=Q-W,
两者是否有矛盾,为什么?
答:因为本教材规定:体系吸热为正,放热为负;体系对外作功,W为负值,环境对体系作功,
W为正值,总的来说,体系在过程中得到能量为正,失去能量为负。在这个规定下,要满
足能量守衡原理,则必须是体系吸的热加上环境对体系作的功后,才等于体系内能的变化值,
所以是ΔU=Q+W。而有些书上,功的符号与上述规定相反,(体系向环境做功,W 为正值,
环境向体系做功,W 为负值),则就是ΔU=Q-W。
6.一体系由A态到B态,沿途径Ⅰ放热 100J,对体系作功 50J。问(1)由A态沿途径Ⅱ到B态体系
作功 80J,其Q值为多少?(2) 如体系由B态沿途径Ⅲ回到A态得50J功,
体系吸热环是放热? Q为多少?
答:(1) ΔUA→B=-100+50=-50J Q=ΔUA→B-W=-50-(-80)=30J (2) ΔUB→A=-ΔUA→B=50J Q=ΔUB→A-W=50-50=0 体系不吸热也放热
7.已知体系的状态方程式F(T,p,V)=0,由U=f(T,V)写出当压力不变时气体的内能对温度的 变化率的表达式。
答:dU=(U/T)VdT+(U/V)TdV
压力不变时,除以dT:(U/T)p=(U/T)V+(U/V)T(V/T)p
8.为什么无非体积功的等压过程的热,只决定于体系的初、终态?
答:因为无其它功的等压过程中Qp=ΔH,而 ΔH 是体系状态函数的改变值,其大小只决定于体
系的始终态,所以在无其它功的等压过程 Qp 大小只决定于初终态。 9.“因 ΔH=Qp,所以只有等压过程才有 ΔH。”这句话是否正确?
答:不正确。H是状态函数,H=U+pV,凡是体系状态发生变化,不管经过什么过程,体系的焓
值都可能变化,即 ΔH 有可能不等于零。
10.因为“ΔH=Qp,所以Qp 也具有状态函数的性质”对吗?为什么?
答:不对,ΔH=Qp,只说明Qp 等于状态函数H的变化值 ΔH,仅是数值上相等,并不意味着Qp
具有状态函数的性质。ΔH=Qp 只能说在恒压而不做非体积功的特定条件下,Qp 的数值等于体
系状态函数 H 的改变,而不能认为 Qp 也是状态函数。
11.试证明在无非体积功的等容过程中体系的ΔU=QV。 证明:ΔU=Q+W 等容时 ΔV=0,又无其它功,W=0 ∴ ΔU=QV
12.为什么对于理想气体,公式ΔU=nCV,mdT 可用来计算任一过程的ΔU,
并不受定容条件的限制?
答:因为对理想气体,U=f(T),内能仅是温度的函数,从始态出发,不论经什么过程,
达到不同的终态,只要始终态温度分别相同,ΔU 就一定相同。所以公式ΔU=CV,mdT
并不受定容条件的限制。
恒容过程ΔU1=CV,mdT 两者终态的温度相同
恒压过程 ΔU2=ΔU1+ΔU3 ∴ ΔU3=0 ∴ ΔU2=ΔU1=CV,mdp
即 1mol理想气体不论什么过程,只要变到相同温度的终态其ΔU 总是等于CV,mdT
13.为什么理想气体常数R在数值上等于1mol理想气体升高1K时所作的等压体积功?
答:W=-p外ΔV=-p(V2-V1)=-nR(T2-T1) 当 n=1mol T2-T1=1K 时 W=R
14.体系中有100克N2,完全转化成NH3,如按计量方程式N2+3H2→2NH3,Δξ=?,如按计量
方程式N2+H2—→NH3,Δξ=?,如反应前体系中N2的物质的量n(N2)=10mol,分别按
上述二计量方程式所得的Δξ计算反应后的 n'(N2)=? 答:nN2(0)=100/28=3.57mol nN2(ξ)=0
Δξ1=[nN2(ξ)-nN2(0)]/νB=(0-3.57)/(-1)=3.57mol Δξ2=(0-3.57)/(-1/2)=7.14mol
公式:nB(ξ)=nB(0)+νBΔξ nB(0)=10mol
按方程式:N2+3H2→2NH3, nN2(3.57)=10-(-1)×3.57=6.43mol
按方程式:N2+H2→NH3, n'N2(7.14)=10-(-1/2)×7.14=6.43mol 两者结果相同。
15. 根据Qp,m=QV,m+∑νB(g)RT,Qp,m 一定大于QV,m 吗?为什么?举例说明。 答:Qp,m 不一定大于QV,m,其大小比较取决于 ∑νB(g) 的符号,若∑νB(g)>0, 则 Qp,m> QV,m,但若 ∑νB(g)<0, Qp,m<QV,m 例如:H2(g)+O2(g)—→H2O(l)
ΔHm=Qp=-285.9 kJ·mol-1 ∑νB(g)=-1.5<0
QV,m=Qp,m-∑νB(g)RT=-285.8×103+1.5×8.314×298=-282 kJ·mol-1 Qp,m<QV,m
又例如:Zn(s)+H2SO4(aq)—→ZnSO4(aq)+H2(g)↑ Qp,m=-177.9 kJ·mol-1 ∑νB(g)=1>0
QV,m=Qp,m-∑νB(g)RT=-177.9×10-3-8.314×298=-180.37 KJ·mol-1 Qp,m>QV,m
16.“稳定单值的焓值等于零”;“化合物摩尔生成热就是 1mol 该物质所具有的焓值”
对吗?为什么?
答:不对。稳定单质的焓值并不等于零。但可以说标准状态下稳定单质的规定焓值等
于零,人为规定标准状态下,稳定单质的生成焓,即规定焓为0。化合物的摩尔生
成热不是 1mol 物质所具有的焓的绝对值,而是相对于生成它的稳定单质的焓的相
对值。即是以标准状态下稳定单质生成热为零作基线,得出的相对值。
17. 证明由键焓计算反应的 ΔHm 的公式是:ΔrHm=(-∑nii)(反应物-产物) 答:化合物的ΔfHni(ΔH)-(∑njj)
而反应热效应 ΔrHm=∑νB(ΔHm,f)B=∑νB[∑ni(ΔH)-∑(nj
j)]B
=∑νB(∑niΔH)B-∑νB(∑njj)B
因组成产物与反应物的元素相同,且各种原子的数目也相等,
即 ∑νB(∑niΔH)B=0
便有ΔHm=-∑νB(∑njj)B
=-∑νB(∑njj)B(反应物)-∑νB(∑njj)(产物)
若将反应物的计量系数νB考虑为正值,则上式(-∑νB(∑njj)B(反应物),便成为
∑νB(∑njj)B(反应物),再将一个B分子中的j键数nj乘上方程式中反应物的计
量系数ν,便是该反应方程中反应物总j键数nj,改写为ni,键焓 i,那么,
反应物的总键焓值便为(∑nii)(反应物)。同理对产物的计量系数考虑为正值,
则为 (∑nii)(产物)。便得:ΔHm=(∑nii)(反应物)-(∑nii)(产物)。
18. 反应 A(g)+2B(g)—→C(g) 的ΔrHm(298.2K)>0,则此反应进行时必定吸热, 对吗? 为什么?
答:不对。只有在等压下,无非体积功时,Qp=ΔHm,ΔHm>0,故 Qp>0,体系必定
吸热。但在有非体积功,或者非等压条件下,ΔHm≠Qp ,ΔHm>0,Qp可以小于0,
等于0,不一定吸热。例如,绝热容器中H2与O2 燃烧,ΔHm>0,但Q=0,
不吸热。
19. “可逆过程一定是循还过程,循还过程一定是可逆过程”这种说法对吗? 为什么?
答:不对。可逆过程不一定为循环过程。因为只要体系由A态在无摩擦等消耗效应存在
的情况下,经由一系列无限接近平衡状态到达B态,则由A到B的过程是可逆。显然,
如果初态 A 与终态 B 是两个不同的状态,则A到B便不是循环过程;如
果B态就是
A 态则该过程便是可逆循环过程。循环过程不一定是可逆的,由始态A开始,状态经
过变化,不论途径可逆与否,只要回到始态A,就是循环过程。只是,由A态开始,
在无摩擦等消耗效应存在的情况下,经过由一系列无限接近平衡状态,又回到A态的
循环过程才是可逆循环过程。总之可逆过程与循环过程是两个完全不同的概念。
20. 气体同一初态(p1,V1)出发分别经等温可逆压缩与绝热可逆压缩,至终态,终态体
积都是V2,哪一个过程所作压缩功大些?为什么?
答:(规定环境做功为正值),绝热可逆压缩功大于等温可逆压缩功。这是因为绝热压缩
时,环境所做功全部都变成气体的内能,因而气体的温度升高,故当气体终态体积为
V2 时,气体的压力比经等温可逆到达V2 时气体的压力要高,即绝热可逆压缩时,
环境施加的压力大些,因而所做压缩功也多些。
21. 从同一初态(p1,V1)分别经可逆的绝热膨胀与不可逆的绝热膨胀至终态体积都是V2
时,气体压力相同吗?为什么?
答:不相同。可逆绝热膨胀由(p1,V1)到V2 体系付出的功大于不可逆绝热膨胀由
(p1,V1)到V2 所付出的功。而两过程的 Q 都等于零,因而前一过程中体系内能
降低得更多,相应终态气体的温度也低些。所以可逆绝热膨胀比不可逆绝热膨胀到
终态V2 时气体的压力低些。
22. 理想气体经一等温循环,能否将环境的热转化为功?如果是等温可逆循环又怎样?
答:不能。理想气体的内能在等温过程中不变。ΔU=0
恒外压不可逆膨胀
假设它由 A(p1,V1,T1)—————————→B(p2,V2,T1)
所作功 W(不)=-Q(不)=-p2(V2-V1),再经过可逆压缩回到始态, 可逆压缩
B(p2,V2,T1)——————→ A(p1,V1,T1)(原初态)
W'=-Q'=-RTln(V1/V2) (因为可逆压缩环境消耗的功最小) 整个循环过程:
W=W(不)+W'=-p2(V2-V1)-RTln(V1/V2)=-Q
∵ -p2(V2-V1)<0,-RTln(V1/V2)>0,并且前者的绝对值小于后者, ∴W=-Q>0,Q<0,环境得热,W>0体系得功,即环境失热。
说明整个循环过程中,环境对体系作功,而得到是等量的热,不是把环境的热变成功。
同样,如果A—→B是等温可逆膨胀,B—→A是等温不可逆压缩,结果也是W>0,
Q<0,体系得功,环境得热,即环境付出功得到热。不能把环境热变成功。 如果 A——B是等温可逆膨胀,B——A是等温可逆压缩,即为等温可逆循环过程,
W=-RTln(V2/V1)-RTln(V1/V2)=0, 则 Q=-W=0,不论是体系还是环境, 均未得失功,各自状态未变。
由上分析,理想气体经一等温循环,不能将环境温转化为功。
23. 将置于室内的一电冰箱的箱门打开,使其致冷机运转,能否降低全室温度?设该机在
0℃ 与室温(25℃)作理想可逆循环每小时能冻出 1Kg 的冰,如房间的总热容为 150
KJ·K-1,估算电冰箱工作 10 小时后室内温度的变化?
答:不能。因为,冰箱门打开,箱内与室内空气流通,使高低两个热源温度相等。致冷机
工作,致冷机消耗的电功以及冰箱内冷却器 (低温热源)吸的热都以热的形式放到室
内 (高温热源),当冰箱门打开时,室内空气又流入箱内,使室内气温升高。这样,
总的效果是致冷机消耗电能转化为室内空气的内能,反使室内温度升高。因而使室
内温度非但不降低反而升高。
1克水的比热为 4.184 J·K-1,1克水的凝固热为 339 J·g-1
Q'=1000×(4.184×25+339)×10=4436 KJ
β=T1/(T2-T1)= 273/25 = 10.92 β=Q'/W
W=Q'/10.92=4436/10.92=406.23 KJ
Q2=W-Q'=4842 KJ ΔT=4842/150=32 K
T3=298+32= 330 K ,房间温度变为330K。