热力学第二定律达标测试及答案
一、填空题
1.根据循环效果而言，热机循环是将_______转变为_______的热力循环;而逆向循环是将_______转变为______的热力循环。
2.完成一次正向循环后，工质从热源吸热q1,向冷源放热q2,其中只有_______部分才能转化为_________。
3.热量由高温物体传向低温物体是一种______过程，而热量由低温物体传向高温物体是一种______过程，它的进行需要以_______作为补偿条件。
4.不可能制造出一种循环工作的热机，只从________个热源吸取热量，使之完全变为有用功，而其它物体不发生任何______。过程
5.卡诺循环是由两个可逆的________过程和两个可逆的_________过程所组成。
6.在两个恒温热源间工作的一切可逆循环，其热效率仅决定于两热源的_______，而与工质的性质________。
7.卡诺循环的热效率是同温限范围内一切循环热效率的____________,它是其他热机循环中热变功完善程度的___________。
8.在可逆过程中，工质吸热,熵___________; 工质放热,熵___________;(增大或减小)
9.孤立系统熵可以____________(发生________程，或____________(发生___________过程时)，但不可能_________。
10.热力学第二定律的物理表达式为_________________________________________________ 。
11.在一定温度T下放出的热量Q，对于环境温度T0而言，其余可用能部分Qa=________________，无效能部分为__________。
12.热力学第二定律的克劳修斯的表述为：“不可能将热由_______________物体向_______________物体传递，而不留下其它_____________。”
13.在可逆过程中系统熵的增加，意味着系统____________，在孤立系统中熵的增加，则意味着_____________________。
二、判断题
1卡诺循环的热效率小于。
2 工质经过一个不可逆循环后，其熵的变化大于零。
3 自发过程都是不可逆的。
4 不可逆过程中工质熵的变化量无法计算。
5 热不可能全部转化成为功。
6 可逆循环的热效率必不大于不可逆循环的热效率。
7 定熵过程一定是可逆绝热过程。
8 一台热机工作在T1=900K和T2=300K的两个恒温热源见，热机从高温热源吸热1000kJ,向冷源放热300kJ，则该热机是不可能实现的，
9 热机循环中循净功愈大，则循环热效率愈高。
10 使系统熵增加的过程一定是不可逆过程。
11 热量不可能由低温物体传向高温物体。
12 若工质从某一初态沿可逆过程和不可逆过程达到同一终态，则不可逆过程中的熵变必定大于可逆过程中的熵变。
13 热力循环就是封闭的热力过程。
14 在绝热房间内，冰箱开门运行能使房间温度降低。
三、选择题
1 关于卡诺循环的热效率，下列说法中正确的是：
(1)可以大于1???(2)可以等于1????(3)只能小于1
2 工质经过一个不可逆循环后，其熵的变化量：
(1)大于零???????(2)等于零???????(3)小于零
3 在一可逆过程中，工质吸热说明该过程一定是：
(1)熵增过程?????(2)熵减过程?????(3)定熵过程
4 有摩擦的绝热过程一定是：
(1)熵增过程?????(2)熵减过程?????(3)定熵过程
5 功式ηt=1-Q2/Q1的适用条件是：
(1)任意热机循环，包括卡诺循环(2)只适用于卡诺循环??(3)除卡诺循环外的`一切热机循环
6 热机从热源吸热1000kJ，对外作功1000kJ，其结果是：
(1)违反热力学第一定律??(2)违反热力学第二定律??(3)违反热力学第一及第二定律(4)不违反热力学第一及第二定律
7 某热机循环中，工质从热源(T1=2000K)得到热量Q1，对外作功Wo=1500J，并将热量Q2=500J排至冷源(T2=300K)，试判断该循环为：
(1)可逆循环?????(2)不可逆循环????(3)不可能实现
8 自发过程的特点是：
(1)系统熵必然减少???(2)需伴随非自发过程才能进行??(3)必为不可逆过程???(4)必为可逆过程
四、问答题
1 热连续转变为功的条件是什么?转变限度是什么?
2 利用孤立系统熵增原理，证明热量是自发地由高温物体转向低温物体。
3 比较循环热效率公式 ηt=1-Q2/Q1与 ηt=1-T2/T1的适用条件。
4 第二类永动机与第一类永动机有何不同?
5 理想气体的绝热自由膨胀过程中系统与外界没有交换热量，为什么熵增大?
6 热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”?
五、计算题
1 有一卡诺循环工作于600℃及40℃两个热源之间，设每秒钟从高温热源吸热100kJ。求：
(1)卡诺循环的热效率
(2)循环产生的功率
(3)每秒钟排向冷源的热量
2 某动力循环工作与温度为1000K及300K的两热源之间，循环为1-2-3-1，其中1-2为定压吸热过程，2-3为可逆绝热过程，3-1为定温放热过程。点1的参数是p1=1MPa,T1=300K,点2的参数T2=1000K,工质为1kg,cp=1.01kJ/(kg.K)。求循环热效率及循环功?
3 某可逆循环，热源温度为1400K，冷源温度为60℃，若Q1=5000kJ。求：
(1)高温热源、冷源的熵变化量
(2)由两个热源组成的系统的熵变化量
4 某动力厂，热源T1=1650K，冷源T2=300K，求从热源放热800kJ中有多少变为最大的循环功?若此热量先传给T1′=832K的热源，问每800KJ的热量中还有多少变为最大的循环功?若此视为一孤立系，则在不等温传热中系统熵增量及产生的不可逆损失各是多少?
5 某火力发电厂的工质从温度为1800℃的高温热源吸热，并向温度为20℃的低温热源放热，试确定：
(1)按卡诺循环工作的热效率
(2)输出功率为100000KW，按卡诺循环工作时的吸热量和放热量
(3)由于内外不可逆因素的影响，实际循环热效率只有理想循环热效率的45﹪。当输出功率维持不变时，实际循环中的吸热量和放热量。
6 某热机在T1=1800K和T2=450K的热源间工作，若每个循环工质从热源吸热1000KJ,试计算：(1)循环的最大功?(2)如果工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K，在放热过程中与低温过程中与低温热源的温差为50K，则该热量中最大能转变为多少功?热效率是多少?(3)如果循环过程中，不仅存在传热温差，并由于摩擦使循环功减小10KJ，则热机的热效率为多少?
答案
一、?填空题
1 热能，机械能，机械能，热能
2 q1-q2,机械能(循环功)
3 自发，非自发，消耗制冷机的功
4 一，变化
5 定温，绝热
6 温度，无关
7 最高值，衡量标准
8 增大，减小
9 增大，不可逆
10 Sis≥0
11 Qa=Q(1-To/T),QTo/T
12 低温，高温，任何变化
13 吸热，系统内发生了不可逆过程
二、判断题
1 ×。卡诺循环的热效率只能小于1，因为向冷源排气放热是热变功的必备条件(即Q2≠0)
2 ×。不管循环可逆与否，完成循环，则工质回复到初始状态，工质熵不变。
3 √。
4 ×。不可逆过程中熵的变化量可以计算，方法是：在相同的初、终状态间选择一条可逆路径来计算。
5 ×。若留下其它变化是可能的。如理想气体在定温吸热膨胀过程中，就可把所吸热量全部转化为功，但同时留下了其它变化，即气体状态发生了变化。
6 ×。只有在热源和冷源温度条件相同时才正确。
7 ×。定熵过程不一定是可逆绝热过程。如系统在状态变化过程中，因不可逆因素产生的熵产和系统放热减少的熵随时相等时，系统所经历的过程就是定熵过程，但却不是可逆绝热过程。
8 √。
9 ×。循环热效率不仅与循环净功有关，还与循环吸热量有关，取决于两者的比值(W0/Q1)。
10 ×。可逆吸热过程也可使系统熵增大。
11 ×。热量可以由低温物体传向高温物体，如制冷循环，其实现条件是制冷机要消耗功。
12 ×。两过程的熵变应相等，因为熵是状态参数，只要初、终状态相同，其变化量就应相同，而与变化路径无关。
13 √。
14 ×。可分别从热力学第一、第二定律加以证明。
三、选择题
1.（3）????2 .（2）???3.(1)??4.(2)??5.(1)??6.(2)??7.(2)??8.??(3)
四、问答题
1.答：至少应有两个温度不同的热源构成的热力循环。ηt<1 q1="">wo，q2≠0。
2.答：孤立系中自发传热时，系统熵的变化量ΔSis=Q(1/T2-1/T1)。因不可逆传热，其ΔSis>0,则T1必须大于T2，即热量是自发地由高温传向低温物体。
3.答：前者适用于任意热机循环，后者适用于两个恒温热源间工作的一切可逆循环(包括卡诺循环)。
4.答：第一类永动机违反能量守恒原理;而第二类永动机并不违反能量守恒原理，但它却违反热力学第二定律。
5.答：理想气体的绝热自由膨胀过程中系统与外界没有交换热量，故熵流为零。但自由膨胀过程是一个典型的不可逆过程，存在熵产恒大于零。由ΔS=Δf+Δg可知，理想气体的绝热自由膨胀过程中系统的熵增大。
6.答：不能这样表述。对于可逆的定温过程，工质所吸收的热量可以全部转化为机械能，但是自身状态发生了变化，所以这种表述不正确。
五、计算题
1.(1)ηt, c=0.64??(2) 64kJ/s(64kW)??(3)Q2=36kJ/s
2.ηt=48.9﹪，w0=345.4kJ/kg
3.ΔS(热源)=-3.75kJ/k,ΔS(冷源)=3.57kJ/K,ΔS(系统)=0
4.W0=645.6kJ,W0′=508.4kJ,ΔSis=0.487kJ/K,不可逆损失即做功能力损失为：I=W0-W0′=146.2kJ
5.(1)ηt,c=0.859??(2)Q1=1.165×105kJ/s,Q2=1.65×104kJ/s (3)实际循环：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)用电热器供暖，所需功率即等于供热率，故电功率为P=36000/3600=10kW
(2)如果热泵按逆向卡诺循环运行，所需的功最少。则逆向卡诺循环的供暖系数为ε=Q1/W0=T1/(T1-T2)=9.77，由此可求出：W0=Q1/ε=36000/9.77=3685kJ/h
故热泵所需的最小电功率为：P=W0/r=3685/3600=1.02kW
●显然，用热泵供暖更节能。
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