Termodugga Bjorne

Question 1

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (a) slutet system (system) (s. 24)

Answer 1

= en identifierbar, fixerad mängd massa, omsluts av systemgräns. (s. 24)

Question 2

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (b) kontrollvolym (öppet system) (s. 24/25)

Answer 2

= en specificerad volym, t.ex. runt en kompressor eller en turbin. Massa tillåts passera volymens s.k. kontrollytor. (s. 24/25)

Question 3

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (c) tillståndsstorhet (s. 25)

Answer 3

= en mätbar storhet för ett system i jämvikt. (s. 25)

Question 4

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (d) intensiv/extensiv storhet (s. 25)

Answer 4

En extensiv storhet är propertionell mot systemets massa (massberoende storhet), t.ex. energi.

En intensiv storhet är oberoende av systemets massa (massoberoende storhet), t.ex. temperatur. (s. 25)

Question 5

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (e) termodynamisk jämvikt

Answer 5

Vid jämvikt för ett system existerar inga drivande potentialer inom systemet. För termodynamisk jämvikt krävs

* termisk jämvikt (samma temperatur överallt),

* mekanisk jämvikt (samma tryck),

* fasjämvikt (samma massa i varje komponent) samt

* kemisk jämvikt (samma kemiska sammansättning). (s. 27/28)

Question 6

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (f) enkelt kompressibelt system

Answer 6

= ett system med försumbar inverkan av rörelse, gravitation, ytspänning samt elektriska och magnetiska krafter. (s. 28)

Question 7

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (g) tillståndsförändring (process)

Answer 7

= förändring som sker när ett system går från ett jämviktstillstånd till ett annat. (s. 29)

Question 8

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (h) kvasistatisk process

Answer 8

= en process som sker så långsamt att avvikelser från jämviktsförhållanden under processen är försumbara. (s. 29)

Question 9

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (i) isoterm/isobar/isokor process

Answer 9

Isoterm process: process vid konstant temperatur;

isobar process: ∼ konstant tryck;

isokor: ∼ konstant volym. (s. 29)

Question 10

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (j) cyklisk process (kretsprocess)

Answer 10

= en process där mediet återgår till begynnelsetillståndet vid slutet av processen, oftast repetitivt. (cykliskt). (s. 30)

Question 11

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (k) stationär process

Answer 11

= process i vilken alla flöden genom en kontrollvolym är konstanta i tiden;

alla storheter är konstanta i tiden i resp. punkt inom kontrollvolymen. (s. 30)

Question 12

2. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (l) den exakta relationen mellan Kelvins och Celsius temperaturskalor.

Answer 12

T [K] = T [◦C] + 273.15 (s. 33)

Question 13

2.2

Formulera det så kallade tillståndspostulatet (eng. The State Postulate).

Answer 13

Tillståndet (jämviktstillståndet) för ett enkelt kompressibelt system är fullständigt beskrivet av två oberoende intensiva tillståndsstorheter, t.ex.

temperatur T och volymitet v. (s. 28)

Question 14

2.3

Redogör för termodynamikens nollte huvudsats. (Vad är lika resp. olika temperatur?)

Answer 14

Två system har samma temperatur om de är i termisk jämvikt med varandra, d.v.s. om ingen förändring sker om de får kommunicera (bortsett från ev. kemiska reaktioner).

Betrakta två system (S1 och S3) som har samma temperatur. När system S3 förs i kontakt med ett system S2 sker märkbara förändringar. Om dessa inte beror av kraftverkan mellan systemen är temperaturen för S1 och S2 olika. (f¨o, s. 30/31)

Question 15

3.1

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

Answer 15

Inre energi = summan av molekylernas kinetiska och potentiella energi relativt masscentrum. Uppdelning kan göras i sensibel och latent energi, kemisk energi samt kärnenergi;

sensibel energi är summan av molekylernas kinetiska energi (translation, rotation, vibration, etc.);

latent energi den potentiella energi som kommer sig av bindningar mellan molekyler;

kemisk energi = potentiell energi p.g.a. bindningar mellan atomer;

kärnenergi = potentiell energi upplagrad inom atomkärnorna. (s. 61)

Question 16

3.2

Definiera begreppet värme (värmeutbyte). Vad avses med adiabatiska förhållanden eller att en process är eller kan betraktas som adiabatisk?

Answer 16

Värme är det (energi-)utbyte mellan system och dess omgivning som sker p.g.a. temperaturdifferens.

En adiabatisk process är en process utan värmeutbyte (Tsys = Tsurr) eller en process där värmeutbytet kan försummas. (s. 62/66/67)

Question 17

3.3

Definiera begreppet arbete (termodynamiskt). Förklara varför arbete inte kan vara en tillståndsstorhet.

Answer 17

Ev. massutbyte oräknat är arbete det energiutbyte (under en process) som inte är värme (värme är det energiutbyte som sker p.g.a. olikhet i temperatur).

Arbete är ett energiutbyte som sker p.g.a. kraftverkan längs en sträcka. Arbetet beror av processvägen och kan därför inte vara en mätbar egenskap för ett system i jämvikt. (s. 68/69)

Question 18

3.4

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

Answer 18

Netto energiutbyte in i en kontrollvolym (öppet system) via värmeutbyte, arbetsutbyte och masstransport är lika med energiändringen inom kontrollvolymen,

E_in − E_out = Q_in − Q_out + W_in − W_out + E_mass,in − E_mass,out = ∆E_CV.

(s. 78–80)

Question 19

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (a) enhetligt ämne

Answer 19

= homogent ämne med enhetlig kemisk sammansättning även om fasomvandling sker. (s. 102)

Question 20

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (b) kondensation

Answer 20

= fasomvandling ånga (gas) till vätska. (s. 104)

Question 21

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (c) komprimerad vätska

Answer 21

= vätska som inte är på gränsen till förångning. (s. 104)

Question 22

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (d) mättad vätska/ånga

Answer 22

Mättad vätska: vätska som är på gränsen till förångning.

Mättad ånga: ånga som är på gränsen till kondensation. (s. 104)

Question 23

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (e) överhettad ånga

Answer 23

= ånga som inte är på gränsen till kondensation. (s. 105)

Question 24

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (f) ångtryckskurva

Answer 24

= kurva som anger sambandet mellan förångningstemperatur och tryck, slutar i kritiska punkten. (s. 106)

Question 25

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (g) kritisk punkt

Answer 25

= det jämviktstillstånd (gränspunkt i tillståndsdiagram) där mättad vätska = mättad ånga;

det går inte att särskilja vätska och ånga (gas) i den kritiska punkten. (s. 108)

Question 26

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (h) trippelpunkt

Answer 26

= det jämviktstillstånd (punkt i fasdiagram) där fast fas, vätska och gas existerar samtidigt. (s. 111, Fig. 4-23)

Question 27

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (i) sublimation
   (j) entalpi

Entalpi per massenhet: h = u + P v [J/kg], u inre energi per massenhet, P tryck och v volymitet. (s. 114)

(k) specifik ångmängd (ångkvalitet)

x = massa mättad ånga i f¨orhållande till total massa i en mättnadsblandning,

x = mvapor/mtotal = mg/m. (s. 117)

(l) ideal gas

= gas som uppfyller ideala gaslagen, P v = RT, där

R är gaskonstanten [J kg−1K−1];

P är absolut tryck;

T är absolut temperatur;

v är volymitet (volym per massenhet). (s. 125)

Answer 27

= fasomvandling mellan fast fas och ˚anga (gas), eller omv¨ant. (s. 112)

Question 28

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (j) entalpi

Answer 28

Entalpi per massenhet:

h = u + P v [J/kg],

u inre energi per massenhet,

P tryck

v volymitet. (s. 114)

Question 29

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (k) specifik ångmängd (ångkvalitet)

Answer 29

x = massa mättad ånga i f¨orhållande till total massa i en mättnadsblandning,

x = mvapor/mtotal = mg/m. (s. 117)

Question 30

4. 1 Definiera eller förklara kortfattat
   (l) ideal gas

Answer 30

’

’= gas som uppfyller ideala gaslagen, P v = RT, där

R är gaskonstanten [J kg−1K−1];

P är absolut tryck;

T är absolut temperatur;

v är volymitet (volym per massenhet). (s. 125)

Question 31

4.2 Markera gasfas, vätskefas samt det fuktiga området i ett schematiskt P-v–diagram (enhetligt ämne).

Markera

undre gränskurvan,

övre gränskurvan,

kritiska punkten

samt rita in två isotermer (där T2 > T1) som börjar i vätskefas, passerar genom det fuktiga området, och slutar i gasfas.

Answer 31

Se Fig. 4-18(b), s. 110

Question 32

4.3 Skissera ett schematiskt P-T–diagram (fasdiagram) för vatten och markera områden för

olika faser

kritiska punkten

trippelpunkten

I vilket avseende i diagrammet skiljer sig vatten från i princip alla andra ämnen?

Answer 32

Se Fig. 4-22.

Vattens smältpunkt minskar med ökande tryck, tvärtemot nästan alla andra ämnen. (s. 113)

Question 33

4.4

Definiera förångningsentalpi h_fg för ett enhetligt ämne.

Hur inverkar trycket på hfg?

Answer 33

h_fg = h_g−h_f

där h_g är entalpin för mättad ånga och h_f d:o för mättad vätska (vid ett visst tryck);

h_fg minskar med ökande tryck för att bli noll vid det kritiska trycket. (s. 115)

Question 34

4.5

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 v_f och volymiteten för mättad ånga v_g.

Answer 34

Betrakta en viss volym V av ämnet,

V = Vf + Vg, där V_f är volymen mättad vätska och V_g volymen mättad ånga.

Volymen har totala massan m och dess volymitet är då

v = V/m; V = mv = m_fv_f + m_gv_g, där mf = m − m_g.

Med x = m_g/m fås v = (1 − x)v_f + xv_g = v_f + x(v_g − v_f). (s. 117)