Dugga - instuderingsfrågor Flashcards
Slutet System
En fixerad mängd massa som omsluts av en systemgräns.
Kontrollvolym
En specifierad volym där massan tillåts passera kontrollytor.
Tillståndsstorhet
En mätbar storhet för ett system I jämvikt
Extensiv storhet
Är proportionerlig mot systemets massa.
Intensiv storhet
Är oberoende av systemets massa, te.x temperature.
Termodynamisk jämvikt
Uppnås vid Termisk jämvikt (Samma temperature överallt), Mekanisk Jämvikt (Samma tryck), Fasjämvikt (Samma massa I varje component) samt Kemisk jämvikt (Samma kemiska sammansättning).
Enkelt Kompressibelt system
Ett system med försumbar inverkan från rörelse, gravitation, ytspänning samt elektriska och magnetiska krafter.
Tillståndsförändring (Process)
Förändring som sker när ett system går från ett jämviktstilsstånd till ett annat.
Kvasistatisk process
En process som sker så långsamt att avvikelser från jämviktsförhållanden under processen är försumbara.
Isoterm process
Konstant Temperatur
Isobar process
Konstant tryck
Isokor process
Konstant volym
Cyklisk process
Process där mediet återgår till begynnelsetillståndet vid slutet av processen.
Stationär process
Alla flöden genom en kontrollvolym är konstanta I tiden.
Exakta relationen mellan Kelvin och Celsius temperaturskalor
T[K] = T[C) + 273.15
Formulera tillståndspostulatet
Tillståndet för ett enkelt kompressibelt system är fullständigt beskrivet av två oberoende intensive tillståndsstorheter.
Redogör för termodynamikens nollte huvudsats.
Två system har samma temperatur om de är I termisk jämvikt med varandra.
Redogör detaljerat för de energiformer som innefattas I begreppet inre energi.
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.
Definera begreppet värme, vad mavses med adiabatiska förhållanden eller att en process är eller kan betraktas som adiabatisk?
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.
Definera begreppet arbete (Termodynamiskt) Förklara varför arbete inte kan vara en tillståndsstorhet
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.
Formulera I ord och symboler principen om energins oförstårbarhet gällande en kontrollvolym. Energiutbyte kan ske på tre olika sätt, vilka?
Värmeutbyte, arbetsutbyte samt masstransport.
Enhetligt Ämne
Homogent ämne med enhetlig kemisk sammansättning även om fasomvandling sker.
Kondensation
Fasomvandling (ånga till vätska)
Komprimerad vätska
Vätska som inte är på gränsen till förångning
Mättad vätska
Vätska som är på gränsen till förångning
Mättad ånga
Ånga som är på gränsen till kondensering
Överhettad ånga
Ånga som inte är på gränsen till kondensation
Ångstryckskurva
Kurva som anger sambandet mellan förångningstemperatur och trycjk, slutar I kritiska punkten.
Kritisk punkt
Det jämviktstillstånd där mättad vätska = mättad ånga. Man kan alltså inte särskilja vätskan från ångan.
Trippelpunkt
Det jämviktstillstånd där fast fas, vätska och gas existerar samtidigt.
Sublimination
Fasomvandling mellan fast fas och ånga eller omvänt.
Entalpi
Entalpi per massenhet: h = u + Pv [J/kg], u inre energi per massenhet.
Specifik ångmängd
Mättad ånga I förhållande till total massa I en mättnadsblandning
Ideal gas
Gas som uppfyller ideala gaslaget, Pv= RT
Definera Förångningsentalpi Hfg för ett enhetligt ämne. Hur inverkar trycket på Hfg?
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.
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.
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)
Förklara vad som avses med volymändringsarbete. Ange ett generellt uttryck på hur detta arbete kan beräknas (slutet system)
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.
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?
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.
Bestäm volymförändringsarbetet I en kvasistatisk isoterm process för en ideal gas. Givna data är temperature, gasens begynnelse och slutvolym, liksom gasens massa och gaskonstant.
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.
Ange de generellt accepterade teckenreglerna för arbete resp. Värme. Illustrera med en figur
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.
Ange termodynamikens första huvudsats gällande ett slutet syste. Ingående storheter ska klarläggas. Hur formuleras denna om systemet genomgår en kretsprocess?
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.
Polytrop process
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.
Specifik Värmekapacitet (Cv)
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.
Specifik Värmekapacitet (Cp)
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.
Perfekt GaS
Ideal gas med konstanta Cp och Cv, en gas som uppfyller Pv=RT
Visa att Cp - Cv = R för en ideal gas; utgångspunkt: Matematiska definitioner av Cp och Cv *
Cp = (h/T), Cv = u/T)
Formulera I ord och symboler principen om massans oförstörbarhet gällande en kontrollvolym
Nettotransporten av massa in I en kontrollvolym (öppet system) är lika med ändringen av kontrollvolymens massa, Min - Mut = Mcv.
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.
Q- W + Emass,in - Emass,out =Delta Ecv
Vilken intensive tillståndstorhet kan oftast betraktas som constant vid stationära förhållanden genom en adiabatisk strypanordning? Beskriv varför
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.
Vad menas med värmemagasin? Ange minst två exempel
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.
Definera termisk verkningsgrad nth
Termisk verkningsgrad = nettoarbete ut dividerat med totalt tillförd värme.
Köldfaktor COPr
Köldfaktor = upptagen värme dividerat med processens nettoarbete in.
Värmefaktor COPhp
Värmefaktor = bortförd värme dividerat med processens nettoarbete in.
Ange kelvin-plancks resp. clausius formulering av termodynamikens andra huvudsats. Illustrera. isa att de bägga formuleringarna är ekvivalente
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.
