第三章 热力学第二定律
3.1 卡诺热机在（1） 热机效率； （2） 当向环境作功
。
解：卡诺热机的效率为
时，系统从高温热源吸收的热
及向低温热源放出的热
的高温热源和
的低温热源间工作。求
根据定义
3．2 卡诺热机在（1） 热机效率 ； （2） 当从高温热源吸热
解：(1) 由卡诺循环的热机效率得出
时，系统对环境作的功
的高温热源和
的低温热源间工作，求：
及向低温热源放出的热
（2）
3．3 卡诺热机在（1）热机效率 ； （2）当向低温热源放热
解： （1）
时，系统从高温热源吸热
及对环境所作的功
。
的高温热源和
的低温热源间工作，求
1
(2)
3．4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺热机得到的功Wr等于不可逆热机作出的功－W。假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机效率
证： （反证法） 设 ηir>ηr
不可逆热机从高温热源吸热则
，向低温热源
放热
，对环境作功
，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修
斯说法。
逆向卡诺热机从环境得功
则
从低温热源
吸热
向高温热源
放热
若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热
不可逆热机从高温热源吸收的热
相等，即
总的结果是：得自单一低温热源的热
，变成了环境作功
，违背了热
力学第二定律的开尔文说法，同样也就违背了克劳修斯说法。
2
3．5 高温热源温度低温热源，求此过程
。
，低温热源温度，今有120KJ的热直接从高温热源传给
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程
3.6 不同的热机中作于情况下，当热机从高温热源吸热（1） 可逆热机效率（2） 不可逆热机效率（3） 不可逆热机效率解：设热机向低温热源放热
。 。 。
，根据热机效率的定义
的高温热源及
的低温热源之间。求下列三种
。
时，两热源的总熵变
因此，上面三种过程的总熵变分别为
3.7 已知水的比定压热容热成100
℃的水，求过程的
。
。今有1 kg，10℃的水经下列三种不同过程加。
（1）系统与100℃的热源接触。
（2）系统先与55℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。 （3）系统先与40℃，70℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。
解：熵为状态函数，在三种情况下系统的熵变相同
在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此
3
3.8 已知氮（N2, g）的摩尔定压热容与温度的函数关系为
恒压过程；（2）经恒容过程达到平衡态时的
解：（1）在恒压的情况下
。
将始态为300 K，100 kPa下1 mol的N2(g)置于1000 K的热源中，求下列过程（1）经
4
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