题目
设有一热机,从高温热源(400K)吸取热量Q1,对外做功A,并向低温热源(200K)放出热量Q2,以下哪种情形是可能发生的?A. Q1=500J , A=400J , Q2=100JB. Q1=500J , A=500J , Q2=0C. Q1=500J , A=300J , Q2=200JD. Q1=500J , A=100J , Q2=400J
设有一热机,从高温热源(400K)吸取热量Q1,对外做功A,并向低温热源(200K)放出热量Q2,以下哪种情形是可能发生的?
A. Q1=500J , A=400J , Q2=100J
B. Q1=500J , A=500J , Q2=0
C. Q1=500J , A=300J , Q2=200J
D. Q1=500J , A=100J , Q2=400J
题目解答
答案
D. Q1=500J , A=100J , Q2=400J
解析
步骤 1:热力学第一定律
热力学第一定律指出,热机从高温热源吸取的热量Q1等于对外做的功A加上向低温热源放出的热量Q2,即Q1 = A + Q2。根据这个定律,我们可以计算出每个选项中Q1、A和Q2的关系是否满足热力学第一定律。
步骤 2:热力学第二定律
热力学第二定律指出,热机的效率η不能超过卡诺效率η_carnot,即η = A/Q1 ≤ η_carnot = 1 - T2/T1,其中T1和T2分别是高温热源和低温热源的温度。根据这个定律,我们可以计算出每个选项中热机的效率是否满足热力学第二定律。
步骤 3:计算每个选项
A. Q1=500J,A=400J,Q2=100J
热力学第一定律:500 = 400 + 100,满足。
热力学第二定律:η = 400/500 = 0.8,η_carnot = 1 - 200/400 = 0.5,不满足。
B. Q1=500J,A=500J,Q2=0J
热力学第一定律:500 = 500 + 0,满足。
热力学第二定律:η = 500/500 = 1,η_carnot = 1 - 200/400 = 0.5,不满足。
C. Q1=500J,A=300J,Q2=200J
热力学第一定律:500 = 300 + 200,满足。
热力学第二定律:η = 300/500 = 0.6,η_carnot = 1 - 200/400 = 0.5,不满足。
D. Q1=500J,A=100J,Q2=400J
热力学第一定律:500 = 100 + 400,满足。
热力学第二定律:η = 100/500 = 0.2,η_carnot = 1 - 200/400 = 0.5,满足。
热力学第一定律指出,热机从高温热源吸取的热量Q1等于对外做的功A加上向低温热源放出的热量Q2,即Q1 = A + Q2。根据这个定律,我们可以计算出每个选项中Q1、A和Q2的关系是否满足热力学第一定律。
步骤 2:热力学第二定律
热力学第二定律指出,热机的效率η不能超过卡诺效率η_carnot,即η = A/Q1 ≤ η_carnot = 1 - T2/T1,其中T1和T2分别是高温热源和低温热源的温度。根据这个定律,我们可以计算出每个选项中热机的效率是否满足热力学第二定律。
步骤 3:计算每个选项
A. Q1=500J,A=400J,Q2=100J
热力学第一定律:500 = 400 + 100,满足。
热力学第二定律:η = 400/500 = 0.8,η_carnot = 1 - 200/400 = 0.5,不满足。
B. Q1=500J,A=500J,Q2=0J
热力学第一定律:500 = 500 + 0,满足。
热力学第二定律:η = 500/500 = 1,η_carnot = 1 - 200/400 = 0.5,不满足。
C. Q1=500J,A=300J,Q2=200J
热力学第一定律:500 = 300 + 200,满足。
热力学第二定律:η = 300/500 = 0.6,η_carnot = 1 - 200/400 = 0.5,不满足。
D. Q1=500J,A=100J,Q2=400J
热力学第一定律:500 = 100 + 400,满足。
热力学第二定律:η = 100/500 = 0.2,η_carnot = 1 - 200/400 = 0.5,满足。