Termodynamik Flashcards
Vad skiljer sig mellan klassisk och statistisk termodynamik?
Klassisk - makroskopisk(storskalig, synlig för blotta ögat, enkel att se) vetenskap baserad på experiment Statistisk - mikroskopisk knuten till den teoretiska fysiken som beskriver beteendet hos enskilda atomer och molekyler
Vad är termodynamik läran om?
Värme, arbete, energi
Ge exempel på 6 olika energislag
Arbete Värme Elektrisk energi, elkraft Kinetisk energi Potentiell energi Kemisk energi
Vad är enheten på energi?
SI Joule=Nm Per tidsenhet Watt=J/s
Vad är termodynamikens 1a huvudsats (Energiprincipen)?
Energi kan inte skapas eller förstöras men omvandlas till olika former.
Vad är termodynamikens andra huvudsats (entropiprincipen)?
Denna princip sätter upp ramarna för hur termodynamiska processer fungerar.
För att kunna generera nyttig energi krävs vad då?
Energikälla tex fossila bränslen (olja kol naturgas)
Vilka tre stora utmaningar står globala energisystemet inför?
Begränsad resursbas Energisäkerhet Klimatpåverkan
Vad innebär begränsad resursbas?
Hur mycket finns det på jorden och hur mycket kan vi utvinna?
Vad innebär energisäkerhet?
Vem har tex oljan och vilka väljer de att sälja till?
Vad innebär klimatpåverkan?
Vad ger det för utsläpp och vilka alternativa energikällor finns?
Vilka är de intensiva tillståndsstorheterna?
Oberoende av systemets storlek
Temperatur T (K)
Tryck p (Pa)
Volymitet v (m3/kg)
Specifik entalpi h (J/kg)
Specifik entropi s (J/kgK)
Specifik inre energi (J/kg)
Vilka är det extensiva tillståndsstorheterna?
Beroende av systemets storlek
Volym (mv) V (m3)
Entalpi (mh) H (J)
Entropi (ms) S (J/K)
Inre energi (mu) U (J)
Vad är Arbete?
Energislag som beskriver vad en kraft uträttar när dess angreppspunkt förflyttas
Vad är värme?
Energi som passerar en systemgräns på grund av att de har olika energi
Vad är kemisk energi?
Energi bunden i ämnen som kan frigöras vid tex förbränning
När är arbete positivt resp negativt?
Positiv när det lämnar systemet och negativt när det tillförs systemet
Vad betyder inkompressibla medier? Och ge ett exempel!
Medier som inte ändrar sin volym vid olika tryck, vätskor kan nästan alltid sägas vara inkompresibla.
Vad är värme?
Energiutbyte som sker mellan kroppar pga temperatur differens
När värme övergår spontant, hur förflyttas då värmen?
Från varmare till kallare
En kropp eller ett system kan aldrig innehålla värme, varför?
För att det är ett transportfenomen. (Arbete)
Vad är inre energi?
Summan av alla olika energiformer för alla molekyler inom systemet
Vilken/vilka energier ingår inte i inre energi?
Kinetisk och potentiell
Vad är entalpi?
I en process vid konstant tryck är skillnaden i entalpi lika med upptagen eller avgiven värme.
Vad menas med ett öppet system?
Massutbyte med omgivningen
Vad menas med ett slutet system?
Inget massutbyte med omgivningen Tillstånds- och processstorheter kan ändras över tiden Reversibelt kvasistatisk tillståndsförändring
Vad menas med ett adiabatiskt system?
Inget värmeutbyte med omgivningen
Vad menas med ett isolerat system?
Inget mass-, värme- eller abetsutbyte
Vad menas med ett öppet stationärt system?
Tillstånds och processstorheter konstanta över tiden Endast tekniskt arbete möjligt Ackumuleringen är = 0 (in=ut)
Vad gör en turbin?
Omvandlar energi från ett flöde till arbete
Vad gör en värmeväxlare?
Överför värme från ett flöde till ett annat, eller tvärt om dvs kyler ett flöde.
Hur lyder Gibbs fasregel?
F=K-P+2
Vad innebär ett öppet instationärt system? (Stillastående)
Tillförseln av arbete och värme kan bero av tiden Massflöde in och ut behöver inta vara samma och kan bero av tiden Massa och inre energi (h) kan ackumuleras/tömmas inom systemet
Vilken tillståndsförändring används på strypventiler?
Isentalpiska
Vad betyder kvasistatiskt?
En process som sker oändligt långsamt så att varje tillstånd på vägen är ett jämviktstillstånd. En sådan process är reversibel
Vad är en kvastistatisk adiabatisk process?
Inget värmeutbyte med omgivningen vilket leder till en optimal process. OMÖJLIGT att uppnå i praktiken
Vilka är enheterna för Temperatur, Tryck, Volymitet, specifik entalpi, specifik entropi, specifik inre energi
T K p Pa v m3/kg h J/kg s J/kgK u J/kg
Hur lyder Gibbs fasregel
F=K-P+2 F=antal frihetsgrader K=antal närvarande komponente P=antal faser
Vad är skillnaden på cv och cp?
Specifik värmekapacitet V - konstant volym P - konstant tryck
Vad beror Cv av
Temperatur och volymitet Men för ideal gas är den oberoende av volymitet
Vad beror Cp av?
Temperatur och Tryck Men vid ideal gas är den oberoende av volymitet
Hur lyder allmänna gaslagen?
pv=RT pV=mRT pV=nR(M)T
Vad är värdet på R(M)?
8314,3 J/kmolK
Hur får du fram värdet på R som är material beroende?
R=R(M)/M
Vad är formen för kapa?
kapa=cp/cv
Hur är förhållandet mellan cv och cp om du vill få farm R?
Cp-Cv=R
Vilket håll går processen i en värmemotor?
Medurs
Vad betyder isokoriskt?
Konstant volym
Vad betyder isobarisk?
konstant volym
Vad betyder isotermisk?
Konstant temperatur
Vad betyder isentropisk?
konstant entropi dq=0
Vad är samma ord för isentropisk?
Reversibel adiabatisk
Vad betyder polytropisk?
Generalliserad förändring som kan innehålla samtliga ovan
Vilket håll går processen i en värmepump?
Moturs
vad är den termiskaverkningsgraden?
etaT=Nyttigt arbete / Tillförd energi = E/Q1=epsilonc/q1
Värmefaktor (värmepump)?
COP1=Nyttig värme/Tillfört Arbete=Q1/IEI=q1/IepsiloncI
Köldfaktorn(Kylanläggning)?
COP2=Kyleffekt/Tillfört Arbete=Q2/IEI=q2/IepsiloncI
Beskriv ottocykeln
a-b kompression, isentropisk b-c Värme tillförsel, isokorisk (Förbränning) c-d Expansion, isentropisk (arbetsfas) d-a Kylning, isokorisk (utblås + insug)
Vad är den termiskaverkningsgraden?
Beskriv Carnot cykeln med ett Ts diagram
En principiellt viktig cykel – mest effektiva cykeln mellan två temperaturer
Beskriv carnotcykeln med ett pv diagram
Vad är Carnotverkningsgraden?
ηtC=εc/q1=T1-T2/T1
där
εc=q1-q2
Vad innebär andra huvudsatsen?
Arbete kan endast utvinnas när värme ’faller’ från en varmare till en kallare kropp
alt
Värme kan ej av sig själv övergå från en kallare till en varme kropp”
Hur fungerar en värme maskin?
Värme transporteras alltid fråb ett arbetsmedium från en hög temp (TH) till en lägre (TL)
På vägen sker det en arbetsgivande process vikket innebäs att tempen sjunker
Vad kallas det när arbetsmediet transporteras runt i ett slutet system?
Kretsprocess
Vad händer om man har en hög entropi?
Det leder till att mycket värme måsta avgå vid den lägre temperaturen (dvs dålig verkningsgrad) vid arbete
Vad händer med entropin i ett isolerat system?
Den ökar alltid
vad är specifikt för en reversibel process?
Delta_s = 0
Kvasistatiskt
Jämvikt (tex Temp)
hur beräknar man entropin för fasta kroppar och vätskor?
s2-s1 = c ln(T2 / T1)
hur beräknar man entropin för smältning och förångning vid konstant T?
Δssmält =l/Tsmält
Δsförång =r/Tkok
Vad är irreversibilitet
Arbetsförlust tex
Friktion, strömningsförluster, blandningsförlopp
Temperaturdifferenser
Den termiska verkningsgraden för varje reversibel kretsprocess är den samma som för den reversibla Carnotcykeln om båda arbetar mellan samma temperaturer, sant eller falskt?
sant
Varje irreversibel kretsprocess måste ha en högre termisk verkningsgrad än den reversibla Carnotcykeln om båda vid lika temperatur
falskt, lägre
Vad händer med entropin om värme bortförs?
då minskar etropin
Vad händer med entropin om värme tillförs?
Entropin ökar
Hur ser den ideala cykeln ut för en Otto motor
Hur ser den ideala cykeln ut för en Diesel motor ut?
Hur ser den ideala cykeln ut för en Joule/Brayton motor ut?
a-b Kompression, isentropisk (idealt)
b-c Värme tillförsel, isobariskt (förbränning)
c-d Expansion, isentropisk (idealt, arbetsfas)
d-a Kylning, isobarisk ( Kylning eller utblås+insug)
Hur ser den ideala cykeln ut för en Ericsson motor ut?
Hur ser den ideala cykeln ut för en Sterling motor ut?
vad är den isentropiska verkningsgraden för en turbin?
vad är den isentropiska verkningsgraden för en kompressor?
När används Joule/Brayton cykeln?
Till gasturbiner, Flygplan(Turboprop, Jet motorer), kraftverk
Vad är för och nackdelarna med Joule/brayton cykeln?
+
Större effekt än motsvarande förbränningsmotor
Driftsäker
behöver mindre underhåll
-
dyrare att tillverka
reagerar långsamt på laständringar
ställer höga krav på bränslets kvalitet
vilken/vilka fas/er har arbetsmediet i Joule/Brayton cykeln?
Gasfas i hela arbetscykeln
Vad skiljer sig mellan en gasturbin vid elkraftproduktion mot en ångkraftcykel?
Gasturbinen arbetar med lägre tryck och högra max temperatur
Vilka standardantaganden kan du göra vid analys av gasturbiner?
- Konstant mängd arbetsmedium genom hela cykeln.
- Värmetillförsel och värmebortförsel via värmeväxling.
- Isentropisk (ideal, reversibel) kompression och expansion.
- Konstant Cp och Cv för arbetsmediet över hela processen.
Hur ser Joule/braytoncykeln ut med öppen och sluten gasturbin?
Hur fungerar Ericssoncykeln?
a-b kompression isoterm (idealt)
b-c värmetillförsel, isobarisk (förbränning)
c-d Expansion, isoterm( idealt) arbetsfas
d-a Kylning, isobarisk (värmeväxlare, utblås+insug)
hur fungerar stirling cykeln?
a-b Kompression, isoterm (idealt)
b-c värme tillförsel isokorisk förbränning
c-d Expansion, isoterm (ideal) arbetsfas
d-a Kylning, isokorisk
Vad är för och nackdelar med sterlingmotorn?
+
kan använda olika värmekällor (sol, förbränning)
Vibrationsfri
tyst
hög verkningsgrad
-
svårt att reglera
dyr
Vilka antaganden kan du göra vid inre förbränning som har inverkan på resultatet?
– Luften är idela gas med konstant värmekapacitet och massa genom cykeln
– Förbränningsprocessen anses ekvivalent med en extern värmetillförsel.
– Cykeln anses sluten
– Internt reversibel
Hur fungerar ottocykeln?
a-b kompression isentropisk
b-c värmetillförsel isokorisk (förbränning)
c-d Expansion, isentropisk (arbetsfas)
d-a Kylning, isokor (utblås + insug)
Hur fungerar dieselmotorn?
a-b kompression isentropisk
b-c värmetillförsel isobar (förbränning)
c-d Expansion, isentropisk (arbetsfas)
d-a Kylning, isokor (utblås + insug)
Vad kan du bestämma ur ett sT diagram?
qr
du som areor
dh
Fasövergångarna
Vad är ett annatnamn för Mollier-diagram?
hs-diagram
Om du höjer trycket hur påverkas kokpunkten?
Högre kokpunkt
Hur markeras mätningstillstånd nedregränskurva?
’
precis börjat koka, precis kondenserat klart
Hur markeras mätningstillstånd övregränskurva?
’’
precis kokat klart, precis börjar kondensera
Vad är en underkyld vätska?
Allt ämne i vätskefas och vid en temperatur lägre än mättnadstemperatur
Vad är en mättad vätska?
Vätska med tillstånd exakt på nedre gränskurvan (’)
Vad är fuktig ånga?
Blandning mellan mättad ånga och vätska vid kokpunkten
Mättad ånga
Ånga med tillstånd exakt på övre gränskurvan (’’)
vad är ånga?
Tillstånd nära övre gränskurvan
Vad är överhettad ånga?
Allt ämne i gas fas och vid en temperatur högre än mättnadstemperaturen
Vad har högst inre energi, vatten eller ånga?
ånga
Vad är den kritiska punkten K?
Övre och nedre gränskurvan möts och det är ingen skillnad gas eller vätska
Detta kan betraktas som en egen fas – överkritiskt tillstånd
Vad är det som är bestämt i den kritiska punkten?
I kritiska punkten är tillståndet bestämt
– Kritiska temperaturen Tk
– Kritiska trycket pk
– Kritiska volymiteten vk
Vad heter det när ett fast ämne över går direkt till att bli gas?
Sublimation
Vad är trippelpunkten, tr?
där gas, vätska och solid (tre faser) existerar i jämvikt
Tillståndet är bestämt! F = K – P + 2 =0
Skillnaden mot kritiska punkten är att faserna inte är sammanfallande utan har olika volymitet
Vilken färg är finast?
Brun
