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未知驱动探索,专注成就专业
工程热力学第三版第五章曾丹苓答案
第一题
问题:为什么工程热力学中熵函数可以视为状态参量?
在工程热力学中,熵函数是一个很重要的物理量,它可以
用于描述系统的无序程度和能量分布均匀程度。熵函数被定义
为系统的状态参量,因为它只取决于系统的初始状态和终态,
并且与路径无关。
其原因可以从以下两个方面解释:
1.熵函数的数学性质:熵函数具有可加性和广延性的
数学性质。对于一个复合系统,其熵等于各个组成部分的
熵之和。这个性质导致熵函数可以作为状态参量来描述系
统的热力学状态。
2.熵函数与平衡态:在平衡态下,系统的熵函数达到
最大值,这也是热力学第二定律的表述之一。因此,熵函
数可以作为判断系统是否处于平衡态的指标。
综上所述,由于熵函数具有可加性、广延性和与平衡态的
关系,使得熵函数在工程热力学中可以被视为状态参量。
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第二题
问题:怎样理解熵的微观本质?
熵在工程热力学中是一个非常重要的概念,它可以用来描
述系统的无序程度和能量分布均匀程度。从微观的角度来理解
熵的本质,可以有以下几个方面的解释:
1.微观粒子的随机运动:根据统计力学的角度,熵可
以理解为微观粒子的随机运动的度量。微观粒子的随机运
动越强烈,系统的熵越大,即系统的无序程度越高。
2.能量的分布均匀性:熵还可以理解为系统中能量的
分布均匀程度的度量。当系统中能量更加均匀地分布时,
系统的熵将会增加。
3.系统的信息量:熵还可以解释为系统中所包含的信
息量。当一个系统的状态可能性更多时,它所包含的信息
量也就越大,此时系统的熵也会增加。
因此,从微观角度来理解,熵可以看作是微观粒子的随机
运动、能量分布均匀性和系统的信息量所耦合的结果。
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第三题
问题:什么是可逆过程和不可逆过程?
在工程热力学中,可逆过程和不可逆过程是描述系统变化
方式的两个重要概念。
可逆过程是指系统从一个热力学平衡态通过一系列连续的
无限小的热力学平衡态经过的过程。在可逆过程中,系统的每
一个状态都可以与外界的环境达到瞬时的热力学平衡。可逆过
程是理论上的概念,意味着系统在整个过程中没有任何内部或
外部的不均匀分布或不均匀性。
不可逆过程是指系统从一个热力学平衡态到另一个热力学
平衡态的过程,但过程中无法保持系统与外界的热力学平衡。
在不可逆过程中,系统的状态发生了不可逆的变化,不能通过
微小的变化来恢复原来的状态。不可逆过程通常与能量的转化
和传递不完全相关。
可逆过程和不可逆过程之间的区别在于系统与外界是否达
到热力学平衡。可逆过程要求系统与外界始终保持热力学平衡,
而不可逆过程则允许系统与外界的热力学平衡破坏。
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第四题
问题:什么是热力学第二定律?
热力学第二定律是热力学中的一个重要定律,它揭示了自
然界中能量转化和能量传递的规律。热力学第二定律有以下两
种等价的表述方式:
1.克劳修斯表述:不可能把热量从低温物体自发地传
递给高温物体,而不产生其他效果。换句话说,热量不能
自发地由低温物体传输到高温物体。
2.开尔文表述:不可能通过一个循环过程完成工作并
使系统从单一热源吸收热量,然后将这些热量全部转化为
有用的工作,并使系统回到原始状态。换句话说,不可能
通过一个循环过程将热量完全转化为有用的工作。
热力学第二定律可以用来判断系统是否处于平衡态。根据
热力学第二定律,系统朝着熵增加的方向进行变化,只有在平
衡态下,系统的熵才能达到最大值。
第五题
问题:热力学第二定律的意义是什么?
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