Dugga - instuderingsfrågor

Question 1

Slutet System

Answer 1

En fixerad mängd massa som omsluts av en systemgräns.

Question 2

Kontrollvolym

Answer 2

En specifierad volym där massan tillåts passera kontrollytor.

Question 3

Tillståndsstorhet

Answer 3

En mätbar storhet för ett system I jämvikt

Question 4

Extensiv storhet

Answer 4

Är proportionerlig mot systemets massa.

Question 5

Intensiv storhet

Answer 5

Är oberoende av systemets massa, te.x temperature.

Question 6

Termodynamisk jämvikt

Answer 6

Uppnås vid Termisk jämvikt (Samma temperature överallt), Mekanisk Jämvikt (Samma tryck), Fasjämvikt (Samma massa I varje component) samt Kemisk jämvikt (Samma kemiska sammansättning).

Question 7

Enkelt Kompressibelt system

Answer 7

Ett system med försumbar inverkan från rörelse, gravitation, ytspänning samt elektriska och magnetiska krafter.

Question 8

Tillståndsförändring (Process)

Answer 8

Förändring som sker när ett system går från ett jämviktstilsstånd till ett annat.

Question 9

Kvasistatisk process

Answer 9

En process som sker så långsamt att avvikelser från jämviktsförhållanden under processen är försumbara.

Question 10

Isoterm process

Answer 10

Konstant Temperatur

Question 11

Isobar process

Answer 11

Konstant tryck

Question 12

Isokor process

Answer 12

Konstant volym

Question 13

Cyklisk process

Answer 13

Process där mediet återgår till begynnelsetillståndet vid slutet av processen.

Question 14

Stationär process

Answer 14

Alla flöden genom en kontrollvolym är konstanta I tiden.

Question 15

Exakta relationen mellan Kelvin och Celsius temperaturskalor

Answer 15

T[K] = T[C) + 273.15

Question 16

Formulera tillståndspostulatet

Answer 16

Tillståndet för ett enkelt kompressibelt system är fullständigt beskrivet av två oberoende intensive tillståndsstorheter.

Question 17

Redogör för termodynamikens nollte huvudsats.

Answer 17

Två system har samma temperatur om de är I termisk jämvikt med varandra.

Question 18

Redogör detaljerat för de energiformer som innefattas I begreppet inre energi.

Answer 18

Inre energi = Summan av molekylernas kinetiska och potentiella energi relativt masscentrum. Uppdelningen kan göras I sensible och latent energi, kemisk energi samt kärnenergi. Sensibel energi är är summan av molekylernas kinetiska energi.
Latent energi är den potentiella energi som kommer sig av bindningar mellan molekyler.
Kemisk energi = potentiell energi pga bidningar mellan atomer.
Kärnenergi = potentiell energi upplagrad inom atomkärnorna.

Question 19

Definera begreppet värme, vad mavses med adiabatiska förhållanden eller att en process är eller kan betraktas som adiabatisk?

Answer 19

Värme är det energiutbyte mellan system och dess omgivning som sker p.g.a temperatur-differens. En adiabatisk process är en process utan värmeutbyte (Tsys = Tsurr) eller en process där värmeutbytet kan försummas.

Question 20

Definera begreppet arbete (Termodynamiskt) Förklara varför arbete inte kan vara en tillståndsstorhet

Answer 20

Masstbyte oräknat är arbete som inte är värme. Arbete är ett energiutbyte som sker längsmed en sträcka. Arbetet beror av processvägen och kan därför inte vara en mätbar egenskap för ett system i jämvikt.

Question 21

Formulera I ord och symboler principen om energins oförstårbarhet gällande en kontrollvolym. Energiutbyte kan ske på tre olika sätt, vilka?

Answer 21

Värmeutbyte, arbetsutbyte samt masstransport.

Question 22

Enhetligt Ämne

Answer 22

Homogent ämne med enhetlig kemisk sammansättning även om fasomvandling sker.

Question 23

Kondensation

Answer 23

Fasomvandling (ånga till vätska)

Question 24

Komprimerad vätska

Answer 24

Vätska som inte är på gränsen till förångning

Question 25

Mättad vätska

Answer 25

Vätska som är på gränsen till förångning

Question 26

Mättad ånga

Answer 26

Ånga som är på gränsen till kondensering

Question 27

Överhettad ånga

Answer 27

Ånga som inte är på gränsen till kondensation

Question 28

Ångstryckskurva

Answer 28

Kurva som anger sambandet mellan förångningstemperatur och trycjk, slutar I kritiska punkten.

Question 29

Kritisk punkt

Answer 29

Det jämviktstillstånd där mättad vätska = mättad ånga. Man kan alltså inte särskilja vätskan från ångan.

Question 30

Trippelpunkt

Answer 30

Det jämviktstillstånd där fast fas, vätska och gas existerar samtidigt.

Question 31

Sublimination

Answer 31

Fasomvandling mellan fast fas och ånga eller omvänt.

Question 32

Entalpi

Answer 32

Entalpi per massenhet: h = u + Pv [J/kg], u inre energi per massenhet.

Question 33

Specifik ångmängd

Answer 33

Mättad ånga I förhållande till total massa I en mättnadsblandning

Question 34

Ideal gas

Answer 34

Gas som uppfyller ideala gaslaget, Pv= RT

Question 35

Definera Förångningsentalpi Hfg för ett enhetligt ämne. Hur inverkar trycket på Hfg?

Answer 35

Hfg = Hg - Hf, där Hg är entalpin för mättad ånga och Hf D:o för mättad vätska (vid ett visst tryck); Hfg minskar med ökande tryck för att bli noll vid det kritiska trycket.

Question 36

Härled ett uttryck på (medel-)volymiteten för ett system bestående av ett enhetligt ämne I det fuktiga området. Specifik ångmängd är x och vid aktuell temperatur är volymiteten för mättad vätska Vf och volymiteten för mättad ånga Vg.

Answer 36

Betrakta en viss volym V av ämnet, V = Vf + Vg, där Vf är volymen mättad vätska och Vg volymen mättad ånga. Volymen har totala massan m och dess volymitet är då v= V/m; V = mv = MfVf + MgVg, där Mf = m - Mg. Med X = Mg/m fås v = (1-x)Vf+xVg = Vf + x(Vg-Vf)

Question 37

Förklara vad som avses med volymändringsarbete. Ange ett generellt uttryck på hur detta arbete kan beräknas (slutet system)

Answer 37

Volymförändringsarbete = Det arbete som innebär örflyttning av ett systems begränsningsyta I samband med kraftverkan i förflyttningens riktning (normalkrafter); Wb = Pb dv, där Pb är trycket verkande mot systemgränsen där volymändring dV sker.

Question 38

Härled ett uttryck på det mekaniska arbete måste tillföras för att komprimera en gas I en cylinder m.h.a en friktionsfri (lättrörlig) kolv. OM processe när kvasistatisk, hur kan då detta arbete åskådliggöras I ett tillståndsdiagram?

Answer 38

Arbetets belopp är enligt mekaniken produkten mellan kraftkomposanten I förflyttningens riktning och förflyttningen. Vid en liten förflyttning av kolven är detta arbete F ds. Eftersom kolven är friktionsfri är kraften F lika med trycket som verkar mot kolvens inneryta multiplicerat med denna ytas area, F = PbA. Arbetet blir Wb = PbA ds = Pb dV där dV är volymförändringen. Vid kvasistatisk process är trycket hela tiden homogent i behållaren, Pb = P. Eter integration fås Wb = P dV, vilket representeras av ytan under processkurvan I P-V-Diagram.

Question 39

Bestäm volymförändringsarbetet I en kvasistatisk isoterm process för en ideal gas. Givna data är temperature, gasens begynnelse och slutvolym, liksom gasens massa och gaskonstant.

Answer 39

Kvasistatiskt volymändringsarbete: Wb = Integral(2->1) P dV. För en ideal gas gäller PV = mRT, d.v.s vid isoterm process P = C/V där C = mRT = konst.

Question 40

Ange de generellt accepterade teckenreglerna för arbete resp. Värme. Illustrera med en figur

Answer 40

Arbete räknas positivt om systemet utför arbetet (Inverkan på systemets omgivning kan tänkas helt omvandlat till lyftning av en vikt). Arbetet är negativt om det är omgivningen som utför det positiva arbetet. Värme räknas positivt om värme “Tillförs” systemet, d.v.s om systemets temperatur (Lokalt) är lägre än omgivningens.

Question 41

Ange termodynamikens första huvudsats gällande ett slutet syste. Ingående storheter ska klarläggas. Hur formuleras denna om systemet genomgår en kretsprocess?

Answer 41

För alla processer med ett slutet system gäller att summan av nettoutbytet in av värme och arbete är lika med systemets totala energiändring. I symboler: Qnet,in + Wnet,in = Qnet,in - Wnet,out = Esys.

Question 42

Polytrop process

Answer 42

En process där sambande mellan tryck P och volym V kan beskrivas med hjälp av Pv^n = C, där C och n är konstanter; n = polytropexponent.

Question 43

Specifik Värmekapacitet (Cv)

Answer 43

Partiella derivatan av den inre energin per massenhet m.a.p Temperaturen vid constant volym. Cv är summan av det värme och arbete som måste tillföras 1kg av ett ämne för att öka dess temperatur 1K vid en isokor process.

Question 44

Specifik Värmekapacitet (Cp)

Answer 44

Partielle derivatan av entalpin per massenhet, temperature vid constant tryck. Cp är summan av det värme och arbete som måste tillföras 1kg av ett ämne för att öka desstemperatur 1 K vid en isobar process.

Question 45

Perfekt GaS

Answer 45

Ideal gas med konstanta Cp och Cv, en gas som uppfyller Pv=RT

Question 46

Visa att Cp - Cv = R för en ideal gas; utgångspunkt: Matematiska definitioner av Cp och Cv *

Answer 46

Cp = (h/T), Cv = u/T)

Question 47

Formulera I ord och symboler principen om massans oförstörbarhet gällande en kontrollvolym

Answer 47

Nettotransporten av massa in I en kontrollvolym (öppet system) är lika med ändringen av kontrollvolymens massa, Min - Mut = Mcv.

Question 48

Härled energiekvationen vid stationär strömning genom en kontrollvolym med fller ahomogen in- och utlopp. Om in- och utmatningsarbete vid in-resp. utlopp tolkas som energi (under transport) skall detta tydligt motiveras.

Answer 48

Q- W + Emass,in - Emass,out =Delta Ecv

Question 49

Vilken intensive tillståndstorhet kan oftast betraktas som constant vid stationära förhållanden genom en adiabatisk strypanordning? Beskriv varför

Answer 49

Entalpi h kan oftast betraktas som constant vid adiabatisk strypning (ex. strypventiler, kapillärrör) Betrakta en kontrollvolym (CV) runt en strypanordning med ett inlopp (i) och ett utlopp (e). Energiekvationen vid stationär strömning: q-Wother = he - hi + ke + pe. Vid strypning sker expansion (Tryckminskning) utan tekniskt arbetsutbyte.

Question 50

Vad menas med värmemagasin? Ange minst två exempel

Answer 50

Ett värmemagasin är ett system med vilket värme kan utbytas med dess omgivning utan att systemets temperatur ändras; Värmemagasin har mycket hög värmekapacitet. Exempel: Atmosfären, sjöar och vattendrag, system under fasomvandling, värmepannor.

Question 51

Definera termisk verkningsgrad nth

Answer 51

Termisk verkningsgrad = nettoarbete ut dividerat med totalt tillförd värme.

Question 52

Köldfaktor COPr

Answer 52

Köldfaktor = upptagen värme dividerat med processens nettoarbete in.

Question 53

Värmefaktor COPhp

Answer 53

Värmefaktor = bortförd värme dividerat med processens nettoarbete in.

Question 54

Ange kelvin-plancks resp. clausius formulering av termodynamikens andra huvudsats. Illustrera. isa att de bägga formuleringarna är ekvivalente

Answer 54

Kelvin-Planck: Det är omöjligt att konstruera en värmemotor som uträttar arbete och enbart tillförs värme.
Clausius: Det är omöjligt att konstruera en kretsprocessmaskin vars enda verkan är att uppta värme vid en låg temperatur och avge detsamma (lika mycket) vid en högre temperatur.