测验 — 热力学第二定律

Question 1

本课中，过程的全局可逆性要求什么？

Accepted Answer

存在一个返回过程，能恢复系统及其全部外界，且不留下任何其他变化。

Question 2

一个封闭系统向温度为 300 K 的热库放出 2 400 J 热量。其熵变为 ΔS = −6 J/K。交换熵 S_e 和熵产生量 S_i 分别是多少？

Accepted Answer

S_e = −8 J/K，S_i = +2 J/K。

Question 3

热量 Q = 1 200 J 直接从温度为 600 K 的热库传向温度为 300 K 的热库。两个热库的总熵变是多少？

Accepted Answer

+2 J/K。

Question 4

为什么普通制冷机不违反克劳修斯表述？

Accepted Answer

因为从低温处向高温处传热的同时，还需要外界输入功。

Question 5

n 摩尔理想气体在刚性绝热容器内经历焦耳–盖吕萨克膨胀，从体积 v 膨胀到 V > v。移去隔板不改变外界。哪个收支正确？

Accepted Answer

Q = W = ΔU_gas = 0，ΔS_tot = nR ln(V/v) > 0。

Question 6

一个双热源动力机在 600 K 与 300 K 之间运行，每个循环吸收 Q_H = 1 000 J 热量。输出功 |W| 的最大值是多少？

Accepted Answer

500 J。

Question 7

在一个孤立整体内，两个组成固定的子系统可以独立地交换能量和体积。关于其平衡态，能得出什么结论？

Accepted Answer

T_1 = T_2，P_1 = P_2。

Question 8

一台循环机器从温度为 T_k > 0 的热库接收带符号热量 Q_k，并与理想功源交换功。哪个说法符合克劳修斯不等式及本课定义？

Accepted Answer

Σ_k Q_k/T_k ≤ 0；等号刻画全局可逆性，但不能证明局部可逆性。

Question 9

本课如何由局部可逆循环满足的等式 ∮ δQ_rev/T = 0 构建熵？

Accepted Answer

用 δQ_rev/T 的积分定义 S(B) − S(A)。

Question 10

哪个说法正确描述了局部可逆性？

Accepted Answer

它要求通过约束的无穷小改变，逆转平衡态序列中的每一步。

Question 11

一个不可逆过程连接平衡态 A 和 B，但中间状态远离平衡。哪个说法正确？

Accepted Answer

熵变 ΔS 可以沿 A 与 B 之间的局部可逆路径计算，而 S_e 和 S_i 取决于实际过程。

Question 12

开尔文–普朗克表述具体禁止哪种运行方式？

Accepted Answer

完成一个循环，其唯一效果是从单一热库吸收热量 Q > 0，并向外界输出 W = −Q。

Question 13

准静态压缩必然是局部可逆的。

Accepted Answer

错

Question 14

哪一序列描述了理想气体的卡诺动力循环，且各段均局部可逆？

Accepted Answer

温度为 T_H 的等温膨胀、可逆绝热膨胀、温度为 T_C 的等温压缩，最后是可逆绝热压缩。

Question 15

第二定律规定热力学所允许的演化方向，但不能单独确定演化持续时间或输运系数。

Accepted Answer

对