2kg气体在0.5mpa下定压膨胀答案

篇一：工程热力学课后题答案

习题及部分解答

第一篇 工程热力学 第一章 基本概念

1. 2. 3.

指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量： 答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高

200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为735mmHg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa？解：根据压力单位换算

pH2O?200?9.80665?1.961?103?1.96.kPapHg?800?133.32?1.006?105Pa?106.6kPa

p?pb?(pH2O?pHg)?98.0?(1.961?106.6)?206.6kPa

4.

锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角?使用?

?30?，压力计中

?0.8g/cm3的煤油，斜管液体长度L?200mm，当地大气压力pb?0.1MPa，求烟

p?L?gsin??200?0.8?9.81?0.5?784.8Pa?784.8?10?6MPa

气的绝对压力（用MPa表示）解：

p?pb?pv?0.1?784.8?10?6?0.0992MPa

5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C为压力表，读数为

110kPa，B为真空表，读数为45kPa

表示）

。若当地大气压

pb?97kPa，求压力表A的读数（用kPa

pgA?155kPa

6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

（1）.取水为系统；

（2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线内空间为系统。 答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为13.4MPa；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，

mmHg。若大气压力为0.098MPa，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力其读数为706

（用MPa表示）8.测得容器的真空度

p1?0.024M7Pa;p2?0.003M9Pa

pv?550mmHg，大气压力pb?0.098MPa，求容器内的绝对压力。若大气

压变为

??0.10M，pb2Pa

求此时真空表上的读数为多少

mmMPa

？

??579.8MPa p?0.0247MPa,pv

9.如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算： （1）.绝对压力为0.1MPa1时的表压力；

（2）.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为50kPa时的相应真空度（kPa）； （4）.表压力为0.25MPa时的绝对压力（kPa）。 （1）.

pg?17kPa；

p?13kPa；

（2）. （3）. （4）.

pv?33kPa；

p?333kPa。

10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0℃和100℃，而华氏温标则相应地取为32℉和

212℉。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温度。

tF?At?B

100℃代入，得 将水在标准大气压下的冰点值32F和0℃，以及沸点值292F和

?

?

?32?0?B

?

?212?100A?B

解该二元一次方程组，得：

从而有 当t

A?1.8,B?32。

tF?1.8t?32

??273.15℃时，有

11.气体进行可逆过程，满足式，并在

tF?1.8?(?273.15_)?32??459.7(?F)

pV?C（C为常数），试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达

p?V

图上定性画出过程线、示出膨胀功。

答案：略

12.某气体的状态方程为 （1）.定稳下气体

pV?RgT，试导出：

p,v之间的关系；

（2）.定压下气体v,T之间的关系；（3）.定容下气体

p,T之间的关系。

答案：（1）.

p2v1

?p1v2

；（2）.

v2T2

?v1T1

；（3）.

p2T2

?p1T1

。

第二章 热力学第一定律

1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为q?180?10

3

kg/h，输出功率为P?55000kW

，全厂耗煤

qm,c?19.5t/h，煤的发热量为qc?30?103kJ/kg。蒸汽在锅炉中吸热量q?2680kJ/kg。试

求：

（1）.该动力厂的热效率?t；

（2）.锅炉的效率?B（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。

解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量

?H?qm?q?180?103?2680?4.82?10(kj/h)?1.34?10(kW)

P55000

??41% 5

?H1.34?10

8

5

热效率

?t?

（2）.锅炉效率

?B?

蒸汽总放热量?H

?

煤的总放热量?B

19.5?103?30?103

?B?qb,c?qc??1.625?105(kW)

3600

5

?1.34?10??H??82.5%

?B1.625?105

2.系统经一热力过程，放热8kj对外做功26kJ。为使其返回原状态，对系统加热6kJ，问需对系统作功多少？

解：由Q??U

?W得

?U?Q?W??8?26??34(kj)

对于返回初态的过程

?U???U?34kj

??W?Q??U?6?34??28kj

故需对系统做功28kj。

3.气体在某一过程只能感吸收了54kJ的热量，同时热力学能增加了94kJ。此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？

答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是?40kj。 4.1kg空气由

p1?5MPa,t1?0.5MPa膨胀到p2?0.5MPa,t2?500℃，得到热量506kJ

，对

外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kJ，试求：

（1）.[膨胀过程空气热力学能的增量； （2）.压缩过空气热力学能的增量； （3）.压缩过程外界消耗的功。 答案：（1）.?U

?0；（2）. ?U?0；（3）.W??390kj。

5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。

表中括号内的数为答案。

6.如图所示，某

封闭系统沿

a?c?b途径由状态a变化到b，吸入热量90kj，对外做功40kj，试问：

（1）.系统从a经d至b，若对外做功10kj，则吸收热量是多少？

（2）.系统由b经曲线所示过程返回a，若外界对系统左贡23kj，吸收热量为多少？ （3）.设Uadb 答案 （1）.Qadb （2）.Qad

3

?5kj,Ud?45kj,，那么过程a?d和d?b中系统吸收的热量各为多少？

（2）.Qba??73kj； ?60kj；

（4）.Qdb?10kj。 ?50kj；

7.容积为1m的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图2-31所示。试问： （1）.活塞是否对流体做功？ （2）.通过对活塞加压，把流体压力从

少？焓变化多少？

答案 （1）.W

3

?0；（2）.?U?0,?H?2.8?10kj。

p1?0.2MPa提高到p3?3MPa，热力学能变化多

8.一质量为

4500kg的汽车沿坡度为15?的山坡下行，车速为300m/s。在距山脚100m处开始刹车，

且在山脚处刚好刹住。若不计其它力，求因刹车而产生的热量。

Q?2.04?105kj。

3440kj/kg，

9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40t/h，汽轮机进出口处压力表读数为9MPa，进口比为

篇二：热工课后题答案

习题及部分解答

第一篇 工程热力学 第一章 基本概念

1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：

答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，

密度。

3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段

水。若水柱高200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为735mmHg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa？解：根据压力单位换算

pH2O?200?9.80665?1.961?103?1.96.kPapHg?800?133.32?1.006?105Pa?106.6kPa

p?pb?(pH2O?pHg)?98.0?(1.961?106.6)?206.6kPa

4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角??30，

压力计中使用

?

??0.8g/cm3的煤油，斜管液体长度L?200mm，当地大气压力

pb?0.1MPa，求烟气的绝对压力（用MPa表示）解：

p?L?gsin??200?0.8?9.81?0.5?784.8Pa?784.8?10?6MPa

p?pb?pv?0.1?784.8?10?6?0.0992MPa

5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C为压力表，读数为110kPa，B为真空表，读数为45kPa。若当地大气压pb?97kPa，求压力表A的读数（用kPa表示） pgA?155kPa

6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

（1）.取水为系统；

（2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线内空间为系统。 答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为13.4MPa；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为706mmHg。若大气压力为0.098MPa，试求汽轮机进出处和

MPa;p2?0.0039MPa 冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa表示）p1?0.0247

8.测得容器的真空度pv?550mmHg，大气压力pb?0.098MPa，求容器内的绝对压力。

??0.102MPa，求此时真空表上的读数为多少mmMPa？若大气压变为pb

??579.8MPa p?0.0247MPa,pv

9.如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算：

（1）.绝对压力为0.1MPa1时的表压力；

（2）.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为50kPa时的相应真空度（kPa）； （4）.表压力为0.25MPa时的绝对压力（kPa）。 （1）.pg?17kPa；（2）.p?13kPa；（3）.pv?33kPa；（4）.p?333kPa。

10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0℃和100℃，而华氏温标则相应地取为32℉和212℉。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温度。

tF?At?B

将水在标准大气压下的冰点值32F和0℃，以及沸点值292F和100℃代入，得

?

?

?32?0?B

?

212?100A?B?

解该二元一次方程组，得：A?1.8,B?32。

从而有 tF?1.8t?32 当t??273.15℃时，有

tF?1.8?(?273.15_)?32??459.7(F)

11.气体进行可逆过程，满足pV?C（C为常数），试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达式，并在p?V图上定性画出过程线、示出膨胀功。

答案：略

12.某气体的状态方程为pV?RgT，试导出：（1）.定稳下气体p,v之间的关系；（2）.定压下气体v,T之间的关系；

?

（3）.定容下气体p,T之间的关系。 答案：（1）.

p2v1vTpT

（2）.2?2；（3）. 2?2。 ?；

p1v2v1T1p1T1

第二章 热力学第一定律

1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为q?180?103kg/h，输出功率为P?55000kW，全厂耗煤qm,c?19.t5h/，煤的发热量为qc?30?103kJ/kg。蒸汽在锅炉中吸热量

q?2680kJ/kg。试求：

（1）.该动力厂的热效率?t；

（2）.锅炉的效率?B（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。

解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量

?H?qm?q?180?103?2680?4.82?10(kj/h)?1.34?10(kW)

P55000

??41% 5

?H1.34?10

8

5

热效率 ?t?（2）.锅炉效率 ?B?

蒸汽总放热量?H

?

煤的总放热量?B

19.5?103?30?103

?B?qb,c?qc??1.625?105(kW)

3600

5

?1.34?10??H??82.5%

?B1.625?105

2.系统经一热力过程，放热8kj对外做功26kJ。为使其返回原状态，对系统加热6kJ，问需对系统作功多少？

解：由Q??U?W得

?U?Q?W??8?26??34(kj)

对于返回初态的过程

?U???U?34kj

??W?Q??U?6?34??28kj

故需对系统做功28kj。

3.气体在某一过程只能感吸收了54kJ的热量，同时热力学能增加了94kJ。此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？

答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是?40kj。

4.1kg空气由p1?5MPa,t1?0.5MPa膨胀到p2?0.5MPa,t2?500℃，得到热量506kJ，对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kJ，试求：

（1）.[膨胀过程空气热力学能的增量； （2）.压缩过空气热力学能的增量； （3）.压缩过程外界消耗的功。

答案：（1）.?U?0；（2）. ?U?0；（3）.W??390kj。 5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。

表中括号内

6.如图所示，沿a?c?ba变化到b，的数为答案。

某封闭系统

途径由状态吸入热量功40kj，试

90kj，对外做

问：

（1）.系统从a经d至b，若对外做功10kj，则吸收热量是多少？

（2）.系统由b经曲线所示过程返回a，若外界对系统左贡23kj，吸收热量为多

少？

（3）.设Uadb?5kj,Ud?45kj,，那么过程a?d和d?b中系统吸收的热量各为

多少？

答案 （1）.Qadb?60kj；（2）.Qba??73kj； （2）.Qad?50kj；（4）.Qdb?10kj。

7.容积为1m的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图2-31所示。试问： （1）.活塞是否对流体做功？

（2）.通过对活塞加压，把流体压力从p1?0.2MPa提高到p3?3MPa，热力

学能变化多少？焓变化多少？

答案 （1）.W?0；（2）.?U?0,?H?2.8?103kj。

3

kg的汽车沿坡度为15的山坡下行，车速为300m/s。在距山脚100m处8.一质量为4500

?

开始刹车，且在山脚处刚好刹住。若不计其它力，求因刹车而产生的热量。 Q?2.04?105kj。

9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40t/h，汽轮机进出口处压力表读数为9MPa，进口比为

3440kj/kg，汽轮机出口比焓为2240kj/kg，真空表读数为95.06kPa，当时当地大气压

力为98.66kPa，汽轮机对环境放热为。试求：

（1）.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？

（2）.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？（3）.汽轮机的功率为多少？ 答案 （1）.

p1?9.099MPap2?3.6MPa

（2）.?sh?1200kj/kg

（3）.P?1.332?10kW

（4）.考虑进出口动能差后?sh的相对偏差

4

?sh?0.67%

kj/kg，10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为p?0.005MPa，比焓h1?2500出口为同压下的水，?比焓为h2?137.77kj/kg,若蒸汽流量为22t/h，进入冷凝器的冷却水温为t1?17℃，冷却?水出口温度为t2?30℃，试求冷却水流量为多少？水的比热容为4.18kj/(kg.K)。

篇三：物理化学教程课后习题答案

第一章 化学热力学基础

姓名：刘绍成 学号 ：120103208026 金材10-1-16-34

P82(1-1) 10 mol理想气体由25℃，1.00MPa。设过程为：（i）向真空膨胀；（ii）对抗恒外压0.100MPa膨胀。分别计算以上各过程的

(i) (ii)

外

（ii）P1V11=24.777m3;

6

24.777?1?10P1

因为是恒温过程，故 V2=P2V1=0.1?106

=247.77m3

W=-?vPdv=-P(V2-V1)=-22.2995J

1

v2

小结：此题考查真空膨胀的特点及恒外压做功的求法，所用公式有：PV=nRT;

PV

T

=常数；W=-?vPdv等公式。

1

v2

P82(1-3) 473k, 0.2MPa，1dm3的双原子分子理想气体，连续经过下列变化：（I）定温膨胀到3 dm3；（II）定容升温使压力升到0.2MPa；（III）保持0.2MPa降温到初始温度473K。（i）在p-v图上表示出该循环全过程；（ii）计算各步及整个循环过程的Wv、Q，ΔU，及ΔH。已知双原子分子理想气体Cp,m=7R。 解：

P1V1=nRT1n=P1V1=P2V2 ?P2=V2P1=T2=

P1P2

V1

P1V1RT1

=

0.2?106?1?10?3

8.3145?473

mol=0.0509mol,

3

×0.2×106=0.067MPa,

T1=

6

1

0.2?10×473K=1419K.

(i) 恒温膨胀△Ui=0，△Hi=0. Wi=-?v

v2

1

v2Pdv=-nRTlnv1

=-0.0509×8.3145×473×ln3=-219.92J.

?Qi=-W=219.92J.

(ii) 等体过程因为是等体积过程所以Wii=0, Qii=△Uii=nCV,m△T=n(Cp,m-R)(T2-T1)=0.0509×((1419-473)=1000.89J;

△ Hii=nCp,m△T=0.0509×3.5×8.3145×(1419-473)=1401.2J.

7

2

-1)×8.3145×

(iii) 等压过程Wiii=-P△V=-P(V1-V

2)=-0.2×106×(1-3)×10-3=400J;

△ Hiii=nCp,m△T=0.0509×3.5×8.3145×(473-1419)=-1401.2J △ Uiii=nCV,m

△

T=0.0509

×

2.5

×

8.3145

×

(473-1419)=-1000.89J Q=△U-W=-1000.89-400=-1400.89J

在整个过程中由于温度不变所以△U=0, △H=0; Q=-W=-180.08J.

小结：此题考查了恒温过程、等体过程以及等压过程的公式应用，内能和焓只是过于温度的函数。所用公式有：Cp,m-CV,m=R; △U=nCV,m△T; △H=nCp,m△T; W=-P△V

P82(1-4) 10mol理想气体从2×106 Pa、10-3m3定容降温，使压力降到2×105 Pa，再定压膨胀到2×10-2?，求整个过程的Wv，Q，ΔU和ΔH。

解： n=10mol,P1=2×106 Pa,V1=10-3m3,

,T） P2=2×105 Pa V2=2×10-2m3

3

V

P1V1=nRT1 T1=

P2P1

P1V1

=23.77K

T2=

v2

T1=0.1×23.77K=2.377K; T3=v1

T2=23.77K;

WI

II=-?vPdv=-P2(T2-T1)

1

v2

QI=△UI=nCv,m△T= nCv,m(T2-T1△U2= nCv,m(T3-T2)

△HI=△UI+△PV=△U+nR(T2-T1II=△HII=△UII+△PV=△UII+nR(T3-T2) WV= WI+ WII=-P2(T2-T1)=-2×105×(10-2-10-3)=-1800J 因为T1=T2所以△U=0，△H=0; Q=-W=1800J.

小结：此题考查U=f(T);H=f(T);以及热力学第一定律的公式U=W+Q.

P821-510mol理想气体由25℃，106Pa膨胀到25℃，105Pa，设过程为：（i）自由膨胀；（ii）对抗恒外压105Pa膨胀；（iii）定温可逆膨胀。分别计算以上各过程的W、Q、ΔU和ΔH。

解：（i）自由膨胀 P外=0，由W=-PΔV得 W=0；又因是等温过程，所以△H=0，△U=0，故 Q=0.

（ii）因是等温过程，所以△H=0，△U=0; Wv=-P(V2-V1)=-105(=-105×(

105

nRTP2

-

1

) )=22.3J

-

106

Q=△U-W=22.3J

（iii）因是等温过程，所以△H=0，△U=0; Wv=-?v

v2

1

v2

Pdv=-nRTlnv1

=-10×8.314×298×ln10=-57.05KJ;

Q=-Wv=57.05KJ

小结：此题考查U=f(T);H=f(T); Wv=-?vPdv等公式

1

v2

P82 (1-6) 氢气从1.43 dm3,3.04×105Pa，298.15K可逆膨胀到2.86 dm3。氢气的Cp,m=28.8 J·K-1·mol-1,按理想气体处理。（i）求终态的温度和压力；（ii）求该过程的Q、Wv、ΔU和ΔH。

解：Cv,m=28.8-8.3145=20.4855 J·K-1·mol-1 r=

Cp,m

Cv,m

=7/5

（i）由理想气体绝热可逆过程方程得：

T1V= T2V2

r-1

r-1

v1

T2=(v2

)r-1T1=0.50.4×298.15=225.9K; )rP1=0.51.4×3.04×105=1.15×105Pa;

v1

P1V1=常数

2=(2

(iii) 有题知 Q=0，

PV

RT

3.04?105?1.43?10?3=8.3145?298.15=0.175mol

Wv=△U= nCV,m(T2- T1)=0.175×20.4855×(225.9-298.15)=-259.1J

△ H=△U+△PV=△U+nR△T=-259.1+0.175×8.3145×(225.9-298.15)=-364.3J.

小结：此题考查理想气体绝热可逆过程的方程应用，有T1Vr-1= T2V2r-1； P1V1=常数；△H=△U+△PV=△U+nR△T

P82(1-7) 2mol的单原子理想气体，由600k,1000MPa对抗恒外压100KPa绝热膨胀到100KPa。计算该过程的Q、Wv、ΔU和ΔH。

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