Kapitel 6 Flashcards
En gubbe påstår att han har höjt temperaturen för en liten mängd vatten till 150C genom att överföra värme från högtrycksånga på 120C. Är detta ett rimligt påstående? Varför? Anta att ingen kylning eller värmepump är använda i processen.
Nej, värme kan inte flytta från mediet som har en låg temperatur till att få en högre temperatur.
Vad är en termisk energireservoar? Ge några exempel
Det är en kropp som kan absorbera eller ge ifrån sig begränsade mängder av värme utan att dess temperatur förändras (isotermisk). Ex. sjöar, hav, atmosfären.
Vad karaktäriserar alla värmemaskiner?
Värmemaskiner är cykliska enheter som tar emot värme från en källa som omvandlar en del till arbete och resten blir till “spillenergi” i form av värmeenergi till t.ex. luften eller ett vattendrag. En värmemaskin måste ha två reservoarer.
Är det möjligt för en värmemotor att fungera utan att avvisa någon spillvärme till en reservoar med låg temperatur? Förklara.
Nej, detta motstrider termodynamikens andra lag då verkliga processer alltid går i riktning mot minskad energikvalitet. Värme går alltid från varmt till kallt.
En värmemotor som har en termisk verkningsgrad på 100 procent måste den nödvändigtvis bryta mot (a) termodynamikens första lag (b) termodynamikens andra lag? Förklara.
(a) Nej, energin påverkas inte. Det skapas ingen och den förstörs ingen energi.
(b) Ja. Enligt den andra lagen kan ingen värmemotorn ha effektivitet 100%, det finns alltid lite friktion.
Tänk att en kastrull med vatten hettas upp genom att a) ställa den på en spisplatta eller b) genom att sänka ner en värmestav i vattnet. Vilken metod är effektivast att hetta upp vattnet. Förklara.
Metod b). Då värmestaven är i vattnet så minskar värmeförlusten till luften och vattnet värms upp med mindre elektrisk energi.
I ett kylskåp så överförs värme från det kallare mediumet (kylen) till ett varmare medium (t.ex. luften i köket). Bryter detta mot termodynamikens 2:a lag?
Nej, eftersom kyler utövar ett arbete för att klara av detta. (kylaggregatet)
En värmepump är en maskin som absorberar energi från kylan i uteluften och transporterar in det till den varmare luften inomhus. Bryter detta mot termodynamikens andra lag? Förklara.
Nej! Då värmepumpen behöver en del av energin till arbete för att omvandla luften bryter detta inte mot lagen.
Definiera koefficienten av COPkyl i ord. Kan det vara större än ett?
COPkyl representerar den mängd värme som tas från det kylda utrymmet för varje enhet av arbete som levereras i systemet. Det kan vara större än ett.
Definiera koefficienten av COPvärmepump i ord. Kan det vara större än ett ?
COPvärmepump representerar den mängd värme som levereras till det uppvärmda utrymmet, för varje enhet av arbete som levereras i systemet. Det kan vara större än ett.
En värmepump som används för att värma upp ett hus har en COP på 2,5. Värmepumpen levererar 2,5 kWh av energi till huset för varje 1 kWh av el som förbrukas. Bryter detta mot termodynamikens första lag? Förklara.
Nej. Värmepumpen fångar upp energi från det kylda mediet och för över det till det varma mediet. Ingen energi har skapats.
En kall burk med dricka lämnas i ett varmare rum där temperaturen i burken stiger som ett resultat av värmeöverföringen. Är det en reversibel process? Förklara.
Nej. Enligt T2 överförs värmen från det varmare mediet till det kallare mediet. Om vi nu skulle vända på processen, så skulle vi behöva tillföra ett arbete för att sänka temperaturen på burken igen och den skulle då ge ifrån sig värme till rummet.
Ett block glider ner längs ett lutande plan med friktion och ingen åthållandekraft. Är denna process reversibel eller irreversibel? Motivera ditt svar.
Denna process är oåterkallelig. Eftersom blocket glider ner längs planet händer två saker:
(a) Den potentiella energin för blocket minskar, och
(b) Blocket och planet värms upp på grund av friktionen mellan dem.
Den potentiella energi som har släppts kan lagras i någon form i omgivningen (t.ex. i en fjäder). När vi återställt systemet till dess ursprungliga skick måste vi (a) återställa den potentiella energin genom att lyfta blocket tillbaka till sin ursprungliga höjd, och (b) kyla blocket och planet till sina ursprungliga temperaturer.
Den potentiella energin kan återställas genom att returnera den energi som lagrats under den ursprungliga process som blocket minskat i sin höjd och släppte potentiell energi. Den del av omgivningen i vilken denna energi hade varit lagrad skulle då återgå till sitt ursprungliga skick som höjden av blocket återställs till sitt ursprungliga skick.
För att kyla blocket och planet till sina ursprungliga temperaturer, måste värme avlägsnas från blocket och plan. När denna värme överförs till omgivningen, har något i omgivningen ändrat dess tillstånd (t.ex., kanske lite vatten i omgivningen värms upp). Denna förändring i omgivningen är permanent och kan inte göras ogjort. Därför är den ursprungliga processen oåterkallelig.
Hur skiljer man på inre och yttre irreversibiliteter?
Inre irreversibiliteter inträffar inom systemgränsen och yttre irreversibiliteter inträffar utanför systemgränsen.
Varför är ingenjörer intresserade av reversibla processer även om de aldrig kan uppnås?
För att man ska veta vad den maximala gränsen är, så om man får ett svar över den gränsen är det något som är galet. Samt att man har en gräns att sträva mot för att höja verkningsgraden på olika processer.
