08热力学第二定律习题解答.docx
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08热力学第二定律习题解答
第八章热力学第二定律
一选择题
1.下列说法中，哪些是正确的）
⑴可逆过程一定是平衡过程；
⑵平衡过程一定是可逆的；
⑶不可逆过程一定是非平衡过程；
⑷非平衡过程一定是不可逆的。
A.
（1）、（4）B.
（2）、（3）C.
⑴、（3）D.⑴、
（2）、（3）、（4）
解：
答案选A。
2.关于可逆过程和不可逆过程的判断,
正确的是（）
（1）可逆热力学过程一定是准静态过程；
（2）准静态过程一定是可逆过程；
（3）不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程；
（4）凡是有摩擦的过程一定是不可逆
的。
A.⑴、
（2）、（3）B.⑴、
（2）、（4）C.⑴、（4）D.
（2）、
解：
答案选C。
3.根据热力学第二定律，下列哪种说法是正确的（）
A-功可以全部转换为热，但热不能全部
转换为功;
体,但不能从低温物体传到高温物体;
C.气体能够自由膨胀，但不能自动收缩;
D.有规则运动的能量能够变成无
规则运动的能量，但无规则运动的能量不能变成有规则运动的能量。
解：
答案选C。
4一绝热容器被隔板分成两半，一半
是真空，另一半是理想气体，若把隔板抽
5.设有以下一些过程，在这些过程中
使系统的爛增加的过程是（
（1）两种不同气体在等温下互相混合;
（2）理想气体在等体下降温;
（3）液体在等温下汽化；
（4）理想气体在等温下压缩；
（5）理想气体绝热自由膨胀。
A.
（1）、
（2）、（3）B.
（2）、（3）、
（4）C.（3）、（4）、（5）D.
（1）、
⑶、（5）解：
答案选几
二填空题
1.在一个孤立系统内，一切实际过程都向着的方向进行。
这就是热力学第二定律的统计意义，从宏观上说，一切与热现象有关的实际的过程都
是
解：
热力学概率增大；不可逆的。
2.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是是等价的，前者是关于
过程的不可逆性，后者是关于过程的不可逆性。
解：
热传导；功变热
3.气体处于相同的初始温度和压强,
把它们从体积卩压缩到"2,过程无限缓
，爛变S
；绝热压缩时，Q
，爛变S=O
解：
等温压缩时
mV9m
q=W=—RT\n^=——RTIn2MM
AS=-=--^-Rln2
TM
4.若一摩尔理想气体经过一等压过
程，温度变为原来的2倍，则其体积变为
（设为常量）。
解：
体积变为原来的2倍;
按照例题的理想气体爛的表达式，可
得到过程后气体爛的增量三计算题
1.试证明在P-K图上:
（1）等温线与绝热线不能线不能相交。
（提示：
利用热力学第二定律，用反证法）
证：
（1）如图所示，假设等温线alb和绝热线龙b有两个交点a和方，则循环alb2a对外做正功，功的大小等于循环曲线包围的面积，在循环中系统从等温过程alb中吸热，而不放出任何热量，在绝热过程龙b中无热交换，根据热力学第一定律，循环过程的功就等于系统在等温过程中吸收的热量。
这样就形成了一个仅从单一热源吸热，使它完全变成功，而不引起其它变化。
这就违背了热力学第二定律的开尔文表述。
因此等温线与绝热线不能相交于两点。
（2）假设两条绝热线I［气与II在尸卩图上相交于一1点a,如图所示。
现在，在-图上画一等温线EL使它与两条绝热线组
成一个循环。
这个循环只有一个单热源,它把吸收的热量全部转变为功，并使周围没有变化。
显然，这是违反热力学第二定律的，因此两条绝热线不能相交。
2.
（1）设一质量为加克的物体具有恒
定的比热容c,试证当此物体由温度7；加热到£时，其爛的变化为
S?
-S]=/ncln^-
<2）试问在冷却时这物体的爛是否减小
⑶如果冷却时这物体的爛减
小，那么在这样的过程中宇宙的总爛
是否减小
解:
（1）在初态和终态间设计一个
可逆过程，则辽普半积分得
①*严mcdTrr2dT
do==mc\—
S]比T比T
*S*2—S]=meIn―—
（2）冷却时£%$S0。
$S“即爛减小。
（3）
ES
物体冷却时，周围环境的爛增加，宇宙的总炳不会减小。
3.一根黄铜棒的一端与127°C的热库接触，而另一端与27C的热库接触。
试问:
（1）当有1200卡的热量通过这棒时，在这传导过程中所发生的爛的总变化为多大
（2）在这传导过程中棒的爛是否改变（3）两个热库的爛各改变多少
解:
（1）黄铜棒的状态没有改变，因此它的爛在过程前后没有变化，因此传导过程中所发生的爛的总变化就是两个热源中的矯变化。
热源温度不变，因此两个热源的变化可以看成是可逆等温过程，这样就得到传导过程中所发生的爛的总变化为
心齧+霧72X（冷+扣+収耐4.2JK1
（2）在这传导过程中棒的爛不改变。
与质量为0・70kg、温度为30°C的水混合后，最后达到平衡状态，试求水的爛变。
设水的质量定压热容为c/,=4.18xlO3Jkg-,.K-',整个
系统与外界间无能量传递。
解本题是计算不同温度液体混合后
的爛变，系统为孤立系统，混合是不可逆的等压过程。
为计算爛变，可假设一可逆等压混合过程。
设平衡时水温为T,由能量守恒得
0.30xcp（363K一丁）=0.70xcp（T一293K）
解答徉314K。
各部分热水的矯变
“尸俘二叫E罟=叫山薯=-182J-K-'
^2=f^=M罟=叫in|g=203JK-
A5=AS]+A52=21JK"1
显然孤立系统中不可逆过程炳是增加
的。
（3）因为爛是状态函数，系统经历一个循环过程回到原态，故S系统=0。
5.人体一天大约向周围环境散发106J的热量，试估计由此产生的爛。
忽略人进食时带近体内的爛，环境温度设为
273Ko
解：
设人体温度为7；=309K（36°C）,已知环境温度为爲=273K。
人一天产生的爛即为人体和环境的爛增量之和，即
J/K
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