ex,H?h1?h0?T0?s1?s0?焓火用T-s图上表示
5-12孤立系统中进行了（1）可逆过程；（2）不可逆过程，问孤立系统的总能、总熵、总火用各如何变化？
答：（1）孤立系统中进行了可逆过程后，总能、总熵、总火用都不变。 （2）孤立系统中进行了不可逆过程后，总能不变，总熵、总火用都发生变化。
5-13 例5–12中氮气由0.45MPa、310K可逆定温膨胀变化到0.11MPa、310K，w1–2，max=w=129.71 kJ/kg，但根据最大有用功的概念，膨胀功减去排斥大气功（无用功）才等于有用功，这里是否有矛盾？
答：没有矛盾。从例题的运算过程看，w1–2，max＝ex,1–ex,2+ ex,Q＝ ex,H1–ex,H2+
?21?T0??1???q＝121.34kJ/kg+8.37kJ/kg ＝129.71 kJ/kg。其?T?中焓火用变化带来的有用功为121.34kJ/kg，吸热带来的有用功为8.37kJ/kg，结果有用功总量为129.71 kJ/kg，数值上等于过程膨胀功w。焓火用的定义中已经包括了排斥大气功（表现在焓差里）。 5-14 下列命题是否正确？若正确，说明理由；若错误，请改正。
（1）成熟的苹果从树枝上掉下，通过与大气、地面的摩擦、碰撞，苹果的势能转变为环境介质的热力学能， 势能全部是火用，全部转变为火无。
（2）在水壶中烧水，必有热量散发到环境大气中，这就是火无，而使水升温的那部分称之为火用。
（3）一杯热水含有一定的热量火用，冷却到环境温度，这时的热量就已没有火用值。
（4）系统的火用只能减少不能增加。
（5）任一使系统火用增加的过程必然同时发生一个或多个使火用减
少的过程。
5-15 闭口系统绝热过程中，系统由初态1变化到终态2，则w=u1–u2。考虑排斥大气作功，有用功为wu= u1–u2–p0(v1–v2)，但据火用的概念系统由初态1变化到终态2可以得到的最大有用功即为热力学能火用差：wu,max=ex,U1–exU2= u1–u2–T0(s1–s2)–p0(v1–v2)。为什么系统由初态1可逆变化到终态2得到的最大有用功反而小于系统由初态1不可逆变化到终态2得到的有用功小？两者为什么不一致？
T 由初态1可逆变化到终态2（即22），则s1=s2，
–T0(s1–s2)=0，则wu,max=wu；如果如果闭口
系统绝热过程是由初态1不可逆变化到终态2
（即23），则s1
1 答：如图所示：如果闭口系统绝热过程是
所以，不存在“系统由初态1可逆变化到
终态2得到的最大有用功反而小于系统由初态1不可逆变化到终态2得到的有用功”的问题。 P170 5-1 ?t=
T1273.15?20?=11.726
T1?T2293.15?268.15 Q2=
?t?111.726?1Q1??2.5?104=22867.99kJ/h ?t11.726N=W/95%=Q1/(0.95?t)=2.5?104/(0.95?11.726)=2244.23kJ/h=0.623kW
N电炉= Q1=2.5?104kJ/h= 6.944kW 5-3 不采用回热
p2=p1=0.1MPa, T4=T1=300K, T3=T2=1000K, q23=400kJ/kg, q12=cp(T2-T1)=1.004?(1000-300)=702.8kJ/kg q34=cp(T4-T3)=1.004?(300-1000)=-702.8kJ/kg
q23=RT2ln(p2/p3), q41=RT1ln(p4/p1)=RT1ln(p3/p2)= -RT1ln(p2/p3) ? q41=-T1 q23/T2= -300?400/1000=-120kJ/kg
?t=1-?q41+q34?/ (q12+q23) =1-?-702.8-120?/ (702.8+400) = 0.2539 采用极限回热，过程34放热回热给过程12，q34?q12 ?r=1-?q41?/q23) =1-?-120?/400=0.70
5-4 如图所示，如果两条绝热线可以相交，则令绝
热线s1、s2交于a点，过b、c两点作等压线分别与绝热线s1、s2交于b、c点。于是，过程bc、ca、ab组成一闭合循环回路，沿此回路可进行一可逆循环，其中过程ca、ab均为可逆绝热过程，只有定压过程bc为吸热过程，而循环回路围成的面积就是对外净输出功。显然，这构成了从单一热源吸热并将之全部转变为机械能的热力发动机循环，是违反热力学第二定律的。 5-5 (1) p1=p2??5-4题图 v s1 p b c s2 a ?T1????T2?kk?1?1500??0.1????300?1.41.4?1=27.95MPa
(2) 见图。 (3) q31=cp(T1-T3)=
kT R(T1-T2), q23= k?13 1 2 s 5-5题图
RT2ln(p2/p3)= RT2ln(p2/p1)
?t=1-
q23q31RT2ln?1?p2p1300?ln?1?0.127.95kR?T1?T2?k?11.4?1500?300?1.4?1
=0.5976
5-6 (1) QH=?'Wnet=?'?tQ1=3.5?0.40?100=140kJ
(2) ?c=1-
T0TH290360=5.14 ?1??0.71, ?'c=?T11000TH?T0360?290 QH,c=?'cWnet,c=?'c?cQ1=5.14?0.71?100=365.14kJ
(3) 此复合系统虽未消耗机械功，但由高温热源放出热量Q1作为代价，使得部分热量从低温热源T0传到较高温热源TH，因此并不违背热力学第二定律。 5-7 ?c=1-
T2300=0.85 ?1?T12000(1) W=?cQ1=0.85?1=0.85kJ，可能作出的最大功为0.85kJ，所以这
种情形是不可能实现的。
(2) W=?cQ1=0.85?2=1.70kJ，Q2=Q1-W=2-1.70=0.30kJ，所以这种
情形有实现的可能（如果自然界存在可逆过程的话），而且是可逆循环。
(3) Q1, c=Wnet/?c=1.5/0.85= 1.765kJ，Q1=Wnet+Q2=1.5+0.5=2.0kJ>Q1,
c,
此循环可以实现，且耗热比可逆循环要多，所以是不可逆
循环。