熱力學第二定律達標測試及答案
一、填空題
1.根據循環效果而言，熱機循環是將_______轉變為_______的熱力循環;而逆向循環是將_______轉變為______的熱力循環。
2.完成一次正向循環后，工質從熱源吸熱q1,向冷源放熱q2,其中只有_______部分才能轉化為_________。
3.熱量由高溫物體傳向低溫物體是一種______過程，而熱量由低溫物體傳向高溫物體是一種______過程，它的進行需要以_______作為補償條件。
4.不可能制造出一種循環工作的熱機，只從________個熱源吸取熱量，使之完全變為有用功，而其它物體不發生任何______。過程
5.卡諾循環是由兩個可逆的________過程和兩個可逆的_________過程所組成。
6.在兩個恒溫熱源間工作的一切可逆循環，其熱效率僅決定于兩熱源的_______，而與工質的性質________。
7.卡諾循環的熱效率是同溫限范圍內一切循環熱效率的____________,它是其他熱機循環中熱變功完善程度的___________。
8.在可逆過程中，工質吸熱,熵___________; 工質放熱,熵___________;(增大或減小)
9.孤立系統熵可以____________(發生________程，或____________(發生___________過程時)，但不可能_________。
10.熱力學第二定律的物理表達式為_________________________________________________ 。
11.在一定溫度T下放出的熱量Q，對于環境溫度T0而言，其余可用能部分Qa=________________，無效能部分為__________。
12.熱力學第二定律的克勞修斯的表述為：“不可能將熱由_______________物體向_______________物體傳遞，而不留下其它_____________。”
13.在可逆過程中系統熵的增加，意味著系統____________，在孤立系統中熵的增加，則意味著_____________________。
二、判斷題
1卡諾循環的熱效率小于。
2 工質經過一個不可逆循環后，其熵的變化大于零。
3 自發過程都是不可逆的。
4 不可逆過程中工質熵的變化量無法計算。
5 熱不可能全部轉化成為功。
6 可逆循環的熱效率必不大于不可逆循環的熱效率。
7 定熵過程一定是可逆絕熱過程。
8 一臺熱機工作在T1=900K和T2=300K的兩個恒溫熱源見，熱機從高溫熱源吸熱1000kJ,向冷源放熱300kJ，則該熱機是不可能實現的，
9 熱機循環中循凈功愈大，則循環熱效率愈高。
10 使系統熵增加的過程一定是不可逆過程。
11 熱量不可能由低溫物體傳向高溫物體。
12 若工質從某一初態沿可逆過程和不可逆過程達到同一終態，則不可逆過程中的熵變必定大于可逆過程中的熵變。
13 熱力循環就是封閉的熱力過程。
14 在絕熱房間內，冰箱開門運行能使房間溫度降低。
三、選擇題
1 關于卡諾循環的熱效率，下列說法中正確的是：
(1)可以大于1???(2)可以等于1????(3)只能小于1
2 工質經過一個不可逆循環后，其熵的變化量：
(1)大于零???????(2)等于零???????(3)小于零
3 在一可逆過程中，工質吸熱說明該過程一定是：
(1)熵增過程?????(2)熵減過程?????(3)定熵過程
4 有摩擦的絕熱過程一定是：
(1)熵增過程?????(2)熵減過程?????(3)定熵過程
5 功式ηt=1-Q2/Q1的適用條件是：
(1)任意熱機循環，包括卡諾循環(2)只適用于卡諾循環??(3)除卡諾循環外的`一切熱機循環
6 熱機從熱源吸熱1000kJ，對外作功1000kJ，其結果是：
(1)違反熱力學第一定律??(2)違反熱力學第二定律??(3)違反熱力學第一及第二定律(4)不違反熱力學第一及第二定律
7 某熱機循環中，工質從熱源(T1=2000K)得到熱量Q1，對外作功Wo=1500J，并將熱量Q2=500J排至冷源(T2=300K)，試判斷該循環為：
(1)可逆循環?????(2)不可逆循環????(3)不可能實現
8 自發過程的特點是：
(1)系統熵必然減少???(2)需伴隨非自發過程才能進行??(3)必為不可逆過程???(4)必為可逆過程
四、問答題
1 熱連續轉變為功的條件是什么?轉變限度是什么?
2 利用孤立系統熵增原理，證明熱量是自發地由高溫物體轉向低溫物體。
3 比較循環熱效率公式 ηt=1-Q2/Q1與 ηt=1-T2/T1的適用條件。
4 第二類永動機與第一類永動機有何不同?
5 理想氣體的絕熱自由膨脹過程中系統與外界沒有交換熱量，為什么熵增大?
6 熱力學第二定律能否表達為：“機械能可以全部變為熱能，而熱能不可能全部變為機械能。”?
五、計算題
1 有一卡諾循環工作于600℃及40℃兩個熱源之間，設每秒鐘從高溫熱源吸熱100kJ。求：
(1)卡諾循環的熱效率
(2)循環產生的功率
(3)每秒鐘排向冷源的熱量
2 某動力循環工作與溫度為1000K及300K的兩熱源之間，循環為1-2-3-1，其中1-2為定壓吸熱過程，2-3為可逆絕熱過程，3-1為定溫放熱過程。點1的參數是p1=1MPa,T1=300K,點2的參數T2=1000K,工質為1kg,cp=1.01kJ/(kg.K)。求循環熱效率及循環功?
3 某可逆循環，熱源溫度為1400K，冷源溫度為60℃，若Q1=5000kJ。求：
(1)高溫熱源、冷源的熵變化量
(2)由兩個熱源組成的系統的熵變化量
4 某動力廠，熱源T1=1650K，冷源T2=300K，求從熱源放熱800kJ中有多少變為最大的循環功?若此熱量先傳給T1′=832K的熱源，問每800KJ的熱量中還有多少變為最大的循環功?若此視為一孤立系，則在不等溫傳熱中系統熵增量及產生的不可逆損失各是多少?
5 某火力發電廠的工質從溫度為1800℃的高溫熱源吸熱，并向溫度為20℃的低溫熱源放熱，試確定：
(1)按卡諾循環工作的熱效率
(2)輸出功率為100000KW，按卡諾循環工作時的吸熱量和放熱量
(3)由于內外不可逆因素的影響，實際循環熱效率只有理想循環熱效率的45﹪。當輸出功率維持不變時，實際循環中的吸熱量和放熱量。
6 某熱機在T1=1800K和T2=450K的熱源間工作，若每個循環工質從熱源吸熱1000KJ,試計算：(1)循環的最大功?(2)如果工質在吸熱過程中與高溫熱源的溫差為100K，在放熱過程中與低溫過程中與低溫熱源的溫差為50K，則該熱量中最大能轉變為多少功?熱效率是多少?(3)如果循環過程中，不僅存在傳熱溫差，并由于摩擦使循環功減小10KJ，則熱機的熱效率為多少?
答案
一、?填空題
1 熱能，機械能，機械能，熱能
2 q1-q2,機械能(循環功)
3 自發，非自發，消耗制冷機的功
4 一，變化
5 定溫，絕熱
6 溫度，無關
7 最高值，衡量標準
8 增大，減小
9 增大，不可逆
10 Sis≥0
11 Qa=Q(1-To/T),QTo/T
12 低溫，高溫，任何變化
13 吸熱，系統內發生了不可逆過程
二、判斷題
1 ×。卡諾循環的熱效率只能小于1，因為向冷源排氣放熱是熱變功的必備條件(即Q2≠0)
2 ×。不管循環可逆與否，完成循環，則工質回復到初始狀態，工質熵不變。
3 √。
4 ×。不可逆過程中熵的變化量可以計算，方法是：在相同的初、終狀態間選擇一條可逆路徑來計算。
5 ×。若留下其它變化是可能的。如理想氣體在定溫吸熱膨脹過程中，就可把所吸熱量全部轉化為功，但同時留下了其它變化，即氣體狀態發生了變化。
6 ×。只有在熱源和冷源溫度條件相同時才正確。
7 ×。定熵過程不一定是可逆絕熱過程。如系統在狀態變化過程中，因不可逆因素產生的熵產和系統放熱減少的熵隨時相等時，系統所經歷的過程就是定熵過程，但卻不是可逆絕熱過程。
8 √。
9 ×。循環熱效率不僅與循環凈功有關，還與循環吸熱量有關，取決于兩者的比值(W0/Q1)。
10 ×。可逆吸熱過程也可使系統熵增大。
11 ×。熱量可以由低溫物體傳向高溫物體，如制冷循環，其實現條件是制冷機要消耗功。
12 ×。兩過程的熵變應相等，因為熵是狀態參數，只要初、終狀態相同，其變化量就應相同，而與變化路徑無關。
13 √。
14 ×。可分別從熱力學第一、第二定律加以證明。
三、選擇題
1.（3）????2 .（2）???3.(1)??4.(2)??5.(1)??6.(2)??7.(2)??8.??(3)
四、問答題
1.答：至少應有兩個溫度不同的熱源構成的熱力循環。ηt<1 q1="">wo，q2≠0。
2.答：孤立系中自發傳熱時，系統熵的變化量ΔSis=Q(1/T2-1/T1)。因不可逆傳熱，其ΔSis>0,則T1必須大于T2，即熱量是自發地由高溫傳向低溫物體。
3.答：前者適用于任意熱機循環，后者適用于兩個恒溫熱源間工作的一切可逆循環(包括卡諾循環)。
4.答：第一類永動機違反能量守恒原理;而第二類永動機并不違反能量守恒原理，但它卻違反熱力學第二定律。
5.答：理想氣體的絕熱自由膨脹過程中系統與外界沒有交換熱量，故熵流為零。但自由膨脹過程是一個典型的不可逆過程，存在熵產恒大于零。由ΔS=Δf+Δg可知，理想氣體的絕熱自由膨脹過程中系統的熵增大。
6.答：不能這樣表述。對于可逆的定溫過程，工質所吸收的熱量可以全部轉化為機械能，但是自身狀態發生了變化，所以這種表述不正確。
五、計算題
1.(1)ηt, c=0.64??(2) 64kJ/s(64kW)??(3)Q2=36kJ/s
2.ηt=48.9﹪，w0=345.4kJ/kg
3.ΔS(熱源)=-3.75kJ/k,ΔS(冷源)=3.57kJ/K,ΔS(系統)=0
4.W0=645.6kJ,W0′=508.4kJ,ΔSis=0.487kJ/K,不可逆損失即做功能力損失為：I=W0-W0′=146.2kJ
5.(1)ηt,c=0.859??(2)Q1=1.165×105kJ/s,Q2=1.65×104kJ/s (3)實際循環：ηt=0.387,Q1′=2.587×105kJ/s;Q2′=1.587×105kJ/s
6.(1)W0,max=750kJ, (2)W0,max′=706kJ,ηt′=70.6﹪ (3)ηt″=69.6﹪
7.(1)用電熱器供暖，所需功率即等于供熱率，故電功率為P=36000/3600=10kW
(2)如果熱泵按逆向卡諾循環運行，所需的功最少。則逆向卡諾循環的供暖系數為ε=Q1/W0=T1/(T1-T2)=9.77，由此可求出：W0=Q1/ε=36000/9.77=3685kJ/h
故熱泵所需的最小電功率為：P=W0/r=3685/3600=1.02kW
●顯然，用熱泵供暖更節能。
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