第一章 思考题（工程热力学）
1、进行任何热力分析是否都要选取热力系统？
答：是。热力分析首先应明确研究对象。
2、引入热力平衡态解决了热力分析中的什么问题？
答：若系统处于热力平衡状态，对于整个系统就可以用一组统一的并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使得热力分析大为简化。
3、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系
答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。
4、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？
答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
5、“过程量”和“状态量”有什么不同？
答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。
6、闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？
答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
7、平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？
答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
8、有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？
答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量交换就是绝热系。
9、温度计测温的基本原理是什么？
答：热力学第零定律
10、经验温标的缺点是什么？为什么？
答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
11、促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
答：有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
12、准静态过程如何处理“平衡状态”又有“状态变化”的矛盾？
答：准静态过程是指系统状态改变的不平衡势差无限小，以致于该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态。准静态过程允许系统状态发生变化，但是要求状态变化的每一步，系统都要处在平衡状态。
13、经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？
答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
14、系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？若上述正向及逆向循环环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？
答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。
15、工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？
答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
16、分别以下图所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水为研究对象，说明这些是什么系统。
16题图
答：参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）。
17、家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？
17题图
答：不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。
将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。
18、分析汽车动力系统（下图）与外界的质能交换情况。
18题图 汽车动力系统示意图
答：吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时，燃料燃烧是热源，燃气工质吸热；系统包括燃烧时，油料发生减少。
19、下图中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板，
（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？
（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去隔板，每抽一块板让气体
先恢复平衡再抽去下一块，则又如何？
（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v 图
上表示？
答：
（1）不作功；
（2）不作功；
（3）前者不行，后者可以。
20、过程1a2是可逆过程，过程1b2是不可逆过程。有人说过程1a2对外作功大于过程1b2，你是否同意他的说法？为什么？ 1
答：不同意。过程1a2的作功量是确定的，而过程1b2的作功量不确定，
因而无法比较。 2
21、准静态过程的概念为什么不能完全表达可逆过程的概念？ v
答：可逆过程的充分必要条件为：1、过程进行中，系统内部以及系统与外界之间不存在不平衡势差，或过程应为准静态的；2、过程中不存在耗散效应。即“无耗散”的准静态过程才是可逆过程，因此准静态过程的概念不能完全表达可逆过程的概念。
22、有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？
答：不对。系统经历不可逆过程后是可以恢复到起始状态的，只不过系统恢复到起始状态后，外界却无法同时恢复到起始状态，即外界的状态必将发生变化。
23、w =
答：w =⎰pdv , q =⎰Tds 可以用于不可逆过程么？为什么？ ⎰pdv 计算得到的是准静态过程的容积变化功，因此仅适用于准静态过程或可逆过程；对于非准静态过程，其过程曲线无法在P-V
图上表达，因此也就无法用上面的公式进
行计算。
q =⎰Tds 仅用于可逆过程：根据熵的定义式：ds =δq rev
T ，对于可逆过程，q =Tds 计算⎰
出的是传热量，此时ds 仅表示熵流ds f ；对于不可逆过程，熵的变化不仅包括熵流，还包括熵产，即ds =ds g +ds f ，因此q =Tds 中的ds 不仅包括由于传热产生的熵流，还包括由于不可逆导致的熵产，因此上式不适用于不可逆过程，例如绝热过程，系统由于经历了不可逆过程，熵增ds >0，但此时传热量为零。
24、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？
答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。
25、倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上
的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式p =p b +p g ⎰
(p > p b ), p = p b -p v (p
是环境大气压？
答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压8题图 力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大
气压是指压力仪表所处的环境的压力。
26、表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？
答：由于表压力和真空度都是相对压力，而只有绝对压力才是工质的压力。表压力p g 与真空度p v 与绝对压力的关系为：
p =p b +p g
p =p b -p v
其中p b 为测量当地的大气压力。
工质的压力不变化，相当于绝对压力不变化，但随着各地的纬度、高度和气候条件的不同，测量当地的大气压值也会不同。根据上面两个关系式可以看出，虽然绝对压力不变化，但由于测量地点的大气压值不同，当地测量的压力表或真空表的读数也会不同。
第一章 思考题（工程热力学）
1、进行任何热力分析是否都要选取热力系统？
答：是。热力分析首先应明确研究对象。
2、引入热力平衡态解决了热力分析中的什么问题？
答：若系统处于热力平衡状态，对于整个系统就可以用一组统一的并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使得热力分析大为简化。
3、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系
答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。
4、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？
答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
5、“过程量”和“状态量”有什么不同？
答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。
6、闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？
答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
7、平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？
答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
8、有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？
答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量交换就是绝热系。
9、温度计测温的基本原理是什么？
答：热力学第零定律
10、经验温标的缺点是什么？为什么？
答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
11、促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
答：有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
12、准静态过程如何处理“平衡状态”又有“状态变化”的矛盾？
答：准静态过程是指系统状态改变的不平衡势差无限小，以致于该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态。准静态过程允许系统状态发生变化，但是要求状态变化的每一步，系统都要处在平衡状态。
13、经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？
答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
14、系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？若上述正向及逆向循环环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？
答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。
15、工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？
答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
16、分别以下图所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水为研究对象，说明这些是什么系统。
16题图
答：参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）。
17、家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？
17题图
答：不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。
将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。
18、分析汽车动力系统（下图）与外界的质能交换情况。
18题图 汽车动力系统示意图
答：吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时，燃料燃烧是热源，燃气工质吸热；系统包括燃烧时，油料发生减少。
19、下图中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板，
（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？
（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去隔板，每抽一块板让气体
先恢复平衡再抽去下一块，则又如何？
（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v 图
上表示？
答：
（1）不作功；
（2）不作功；
（3）前者不行，后者可以。
20、过程1a2是可逆过程，过程1b2是不可逆过程。有人说过程1a2对外作功大于过程1b2，你是否同意他的说法？为什么？ 1
答：不同意。过程1a2的作功量是确定的，而过程1b2的作功量不确定，
因而无法比较。 2
21、准静态过程的概念为什么不能完全表达可逆过程的概念？ v
答：可逆过程的充分必要条件为：1、过程进行中，系统内部以及系统与外界之间不存在不平衡势差，或过程应为准静态的；2、过程中不存在耗散效应。即“无耗散”的准静态过程才是可逆过程，因此准静态过程的概念不能完全表达可逆过程的概念。
22、有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？
答：不对。系统经历不可逆过程后是可以恢复到起始状态的，只不过系统恢复到起始状态后，外界却无法同时恢复到起始状态，即外界的状态必将发生变化。
23、w =
答：w =⎰pdv , q =⎰Tds 可以用于不可逆过程么？为什么？ ⎰pdv 计算得到的是准静态过程的容积变化功，因此仅适用于准静态过程或可逆过程；对于非准静态过程，其过程曲线无法在P-V
图上表达，因此也就无法用上面的公式进
行计算。
q =⎰Tds 仅用于可逆过程：根据熵的定义式：ds =δq rev
T ，对于可逆过程，q =Tds 计算⎰
出的是传热量，此时ds 仅表示熵流ds f ；对于不可逆过程，熵的变化不仅包括熵流，还包括熵产，即ds =ds g +ds f ，因此q =Tds 中的ds 不仅包括由于传热产生的熵流，还包括由于不可逆导致的熵产，因此上式不适用于不可逆过程，例如绝热过程，系统由于经历了不可逆过程，熵增ds >0，但此时传热量为零。
24、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？
答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。
25、倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上
的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式p =p b +p g ⎰
(p > p b ), p = p b -p v (p
是环境大气压？
答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压8题图 力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大
气压是指压力仪表所处的环境的压力。
26、表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？
答：由于表压力和真空度都是相对压力，而只有绝对压力才是工质的压力。表压力p g 与真空度p v 与绝对压力的关系为：
p =p b +p g
p =p b -p v
其中p b 为测量当地的大气压力。
工质的压力不变化，相当于绝对压力不变化，但随着各地的纬度、高度和气候条件的不同，测量当地的大气压值也会不同。根据上面两个关系式可以看出，虽然绝对压力不变化，但由于测量地点的大气压值不同，当地测量的压力表或真空表的读数也会不同。