Kap 5 Värmelära P1

Question 1

Vad handlar termodynamik om?

Answer 1

Den nya vetenskapen ställde upp lagar och samband mellan olika
storheter (värme, arbete, temperatur, tryck, volym etc), vilket
möjliggjorde en vidare utveckling av termiska maskiner, och de
processer i vilka dessa deltog.

Question 2

Vad är en termodynamisk system?

Answer 2

Termodynamiska system definierades öppet och slutet system. Inom
termodynamiken använder man sig även av isolerade system, vilka
definieras som slutna system genom vilkas gränser ingen
energitransport äger rum.
Ett termodynamiskt system säges vara homogent när den kemiska
sammansätt-ningen och de fysikaliska egenskaperna av systemets
materia överallt är lika. Varierar dessa inom systemets gränser
kallas systemet för heterogent. En behållare fylld med fuktig ånga
är ett exempel på heterogent system: det innehåller två faser, vätska
och ånga, med skilda fysikaliska egenskaper

Question 3

What are the thermodynamic states?

Answer 3

Examples of state variables:
• P = pressure (Pa or N/m2),
• T = temperature (K),
• V = volume (m3),
• n = number of moles, and
• U = internal energy (J).

Question 4

What is thermal equilbrium?

Answer 4

Thermal equilibrium is obtained when touching objects
within a system reach the same temperature.
When thermal equilibrium is reached, the system loses its
ability to do work.
If two systems are separately found to be in thermal
equilibrium with a third system, the first two systems are in
thermal equilibrium with each other (Zeroth Law of
Thermodynamics) .

Question 5

What is a thermodynamic process?

Answer 5

A thermodynamic process is represented by a change in
one or more of the thermodynamic variables describing
the system.
Each point on the curve
represents an equilibrium state of
the system.
Our equation of state, the ideal
gas law (PV = nRT), only
describes the system when it is
in a state of thermal equilibrium.

Question 6

Vad är skillnad mellan reversibla och irreversibla processer?

Answer 6

En process kallas reversibel (omvändbar) om det system som
genomgår processen kan återföras till begynnelsetillståndet utan
någon som helst ändring av omgivningen. Är detta ej möjligt kallas
processen irreversibel (ej omvändbar).

Question 7

What is an isothermal process?

Answer 7

Same temperature, both P and V change

Question 8

Vad är värme?

Answer 8

Värme är den form av energi som passerar gränsen mellan två
system på grund av att dessa befinner sig vid olika temperaturer. Det
ena systemet avger en värmemängd som det andra systemet tar upp. Den värmemängd som tillföres ett system räknas som positiv, medan
den värmemängd som ett system avger räknas som negativ

Question 9

What is Cp and Cv for gas?

Answer 9

Cp is the specific heat capacity at constant pressure,

• Cv is the specific heat capacity at constant volume.

Question 10

Vad är specifika värmekapacitet c?

Answer 10

är den värmemängd vilken
behöver tillföras massenheten av ämnet för att höja dess temperatur
en grad.

Question 11

Vad är thermodynamisk arbete?

Answer 11

Liksom värme är arbete en form av energi som passerar en
systemgräns. Energi i arbets- eller värmeform, kan överskrida en
systemgräns endast under en process, dvs under en tillståndsändring
mellan två givna tillstånd. Det arbete som ett system uträttar under
en process, är beroende av det sätt på vilket tillståndsändringen äger
rum. Detta är även fallet med värmemängdsändringar. Således är
arbete (liksom värme) ingen tillståndsstorhet.
Det arbete som ett system uträttar (avger) betraktas som positivt,
medan det arbete som ett system förbrukar (tillföres) räknas som
negativt

Question 12

What is an adiabatic process?

Answer 12

An adiabatic process occurs
without transfer of heat or mass
of substances between a
thermodynamic system and its
surroundings. In an adiabatic
process, energy is transferred to
the surroundings only as work.

Question 13

What is the first law of thermodynamics?

Answer 13

The first law of thermodynamics says the change in
internal energy of a system is equal to the heat flow
into the system plus the work done on the system
(conservation of energy

Question 14

What is the second law of thermodynamics?

Answer 14

En av formuleringarna lyder:
“En kontinuerligt arbetande värmemotor kan inte uträtta arbete genom
att endast ta värme ur en värmekälla.” För att kunna utföra arbete måste
motorn lämna ifrån sig en del av den mottagna värmemängden.
På liknande sätt som det vid vattenmotorer krävs att vattnet skall falla
från en hög till en låg nivå för att arbete skall kunna utföras (det räcker
inte med enbart det högre magasinet), så krävs det vid värmemotorer att
en värmemängd går över från en högre till en lägre temperaturnivå för
att arbete skall kunna uträttas.
Andra formuleringar är följande:
“Värme kan inte av sig själv gå över från en kropp vid lägre temperatur
till en annan med högre temperatur.” För att överföra värme från en
lägre till en högre temperatur kräves att energi (tex arbete) tillförs
processen (uppoffras). Detta sker i kylmaskiner och värmepumpar.

The second law of thermodynamics: The entropy of the
universe does not change for reversible processes
And increases for Irreversible ( real) processes.

Question 15

Vad är entropi?

Answer 15

Som säger att entropiändringen dS under en reversibel process är
lika med värmemängdsändringen dQ i det system som genomgår
processen dividerad med den absoluta temperaturen T(K) som
arbetsmediet har när värmemängdsändringen äger rum

If an amount of heat Q flows into a system at constant
temperature, then the change in entropy is
delta S =Q/T
Every irreversible process increases the total entropy of the
universe. Reversible processes do not increase the total
entropy of the universe.

Entropy is a measure of a system’s disorder.

Question 16

What is the third law of thermodynamics?

Answer 16

The third law of thermodynamics is a statistical law of nature
regarding entropy and the impossibility of reaching absolute
zero of temperature. The most common enunciation of third law
of thermodynamics is:
“ As a system approaches absolute zero, all processes cease and
the entropy of the system approaches a minimum value.”

It is impossible to cool a system to absolute zero by a
process consisting of a finite number of steps.

Question 17

What is an isobaric process?

Answer 17

Pressure does not change

Question 18

What is an isometric process

Answer 18

Volume does not change

Question 19

Vad är en kylmaskins uppgift?

Answer 19

En kylmaskins uppgift är att skapa och upprätthålla temperaturer
som är lägre än omgivningens.
Detta möjliggörs genom att transportera värme från en lägre
temperaturnivå (kylrummets) till en högre (omgivningens).

Question 20

What is a carnot cycle? 4 steps

Answer 20

A reversible isothermal gas expansion process. In this process, the
ideal gas in the system absorbs qin amount heat from a heat source at
a high temperature Th, expands and does work on surroundings.
• A reversible adiabatic gas expansion process. In this process, the
system is thermally insulated. The gas continues to expand and do
work on surroundings, which causes the system to cool to a lower
temperature, Tl.
• A reversible isothermal gas compression process. In this process,
surroundings do work to the gas at Tl, and causes a loss of heat, qout.
• A reversible adiabatic gas compression process. In this process, the
system is thermally insulated. Surroundings continue to do work to the
gas, which causes the temperature to rise back to Th.

Question 21

What are the three modes of heat transfer?

Answer 21

ledning,

konvektion och strålning

Question 22

Värmeledning (conduction)?

Answer 22

Värmetransport genom ledning inträffar i fasta, flytande eller
gasformiga medier. Den sker genom överföring av partiklarnas
(molekyler, atomer) rörelseenergi till de närliggande: de partiklar
som befinner sig vid en högre temperatur besitter större
rörelseenergi vilken överföres till i närheten liggande partiklar, som
på grund av sin lägre temperatur har mindre rörelseenergi.

Question 23

Explain radiation heat transfer

Answer 23

Thermal radiation is emission of energy as electromagnetic
waves.
Intensity depends on body temperature and surface
characteristics.
Important mode of heat transfer at high temperatures, e.g.
combustion.
Can also be important in natural convection problems.
Radiation properties can be strong functions of chemical
composition, especially CO2, H2O.
Radiation heat exchange is difficult solve (except for simple
configurations). We must rely on computational methods.