(8)某气缸活塞热力装置内有10kg空气,初始温度为20℃,温度为373K的热源,向-|||-热方系供热100kJ,若气缸活塞上压有恒定质量的重物,求热力系在这一变化过程中熵的变-|||-化、填产及作功能力损失。(比热容为定值,环境温度300K)

考查要点：本题主要考查热力学第二定律相关概念，包括熵变、熵产及作功能力损失的计算。
解题核心思路：

1. 系统熵变：需根据热量传递和温度变化计算，注意区分可逆与不可逆过程。
2. 环境熵变：由热源向系统供热，环境释放热量，需用环境温度计算。
3. 熵产：总熵变（系统+环境）即为熵产，体现过程不可逆性。
4. 作功能力损失：熵产与环境温度的乘积，反映能量品质下降。

破题关键点：

• 明确热量方向：系统吸热，环境放热。
• 正确应用公式：系统熵变需结合温度变化，环境熵变直接用环境温度。

1. 系统熵变（ΔS_system）

系统吸收热量 $Q=100\ \text{kJ}$，初始温度 $T_1=293\ \text{K}$，假设过程为恒定比热容 $c$，则：
$\Delta S_{\text{system}} = m \cdot c \cdot \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right)$
但题目未给出比热容 $c$，需通过热量公式 $Q = m \cdot c \cdot (T_2 - T_1)$ 消去 $c$，得：
$\Delta S_{\text{system}} = \frac{Q}{T_2 - T_1} \cdot \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right)$
因热源温度 $T_{\text{热源}}=373\ \text{K}$，假设系统最终温度 $T_2=373\ \text{K}$，代入得：
$\Delta S_{\text{system}} = \frac{100,000}{373-293} \cdot \ln\left(\frac{373}{293}\right) \approx 73.2\ \text{kJ/kg·K}$

2. 环境熵变（ΔS_env）

环境释放热量 $Q=100\ \text{kJ}$，环境温度 $T_0=300\ \text{K}$，则：
$\Delta S_{\text{env}} = -\frac{Q}{T_0} = -\frac{100,000}{300} \approx -333.33\ \text{J/K} = -0.333\ \text{kJ/kg·K}$

3. 熵产（S_gen）

总熵变为系统与环境熵变之和：
$S_{\text{gen}} = \Delta S_{\text{system}} + \Delta S_{\text{env}} \approx 73.2 - 0.333 \approx 72.87\ \text{kJ/kg·K}$

4. 作功能力损失（I）

作功能力损失为熵产与环境温度的乘积：
$I = S_{\text{gen}} \cdot T_0 \approx 72.87 \cdot 300 \approx 21,861\ \text{kJ}$