MMVF01 Termodynamik och strömningslära Repetitionsfr˚agor ...

More documents

Recommendations

Info

kan göras i sensibel och latent energi, kemisk energi samt kärnenergi; sensibel energi är summan av molekylernas kinetiska energi; 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. 55/56) 2.2 Definiera begreppet värme (värmeutbyte). Vad avses med adiabatiska förhållanden eller att en process är eller kan betraktas som adiabatisk? Värme är det (energi-)utbyte mellan system och dess omgivning som sker p.g.a. temperaturdifferens. En adiabatisk process är en process utan värmeutbyte, ex. T sys = T surr eller kraftig värmeisolering, eller en process där värmeutbytet kan försummas (jämfört t.ex. med annat energiutbyte). (s. 60/61) 2.3 Definiera begreppet arbete (termodynamiskt). Förklara varför arbete inte kan vara en tillståndsstorhet. 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. 62/63) 2.4 Förklara vad som avses med axelarbete och elektriskt arbete. Ange generella uttryck på hur dessa arbeten kan beräknas. Axelarbete = det arbete som förmedlas över en systemgräns genom vridning (rotation) av en axel via skjuvpåverkan (vridmoment); W sh = 2πn sh T , där T är vridmomentet (antaget konstant) och n sh antalet varv som axeln roterat. Elektriskt arbete = det arbete som förmedlas över en systemgräns via elektromotoriska krafter (elektrisk spänning) verkande på elektriskt laddade partiklar (i en sluten krets); W e = Ẇe∆t, där Ẇ e = V e I är elektrisk effekt (V e elektrisk spänning, I elektrisk strömstyrka) och ∆t förfluten tid. (s. 65/66) 2.5 Formulera den allmänna energiprincipen. Energi kan varken skapas eller förstöras; kan endast omvandlas till andra energiformer. Energi är en massberoende (extensiv) tillståndsstorhet. (s. 70) 2.6 Formulera i ord och symboler principen om energins oförstörbarhet gällande en kontrollvolym. Energiutbyte kan ske på tre olika sätt, vilka? Netto energiutbyte in i en kontrollvolym (öppet system) via arbetsutbyte, värmeutbyte och masstransport är lika med ändringen av energi inom kontrollvolymen, E in − E out = ∆E CV . (s. 71–73) CH. 3 — EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN 3.1 Definiera eller förklara kortfattat (a) enhetligt ämne = ett homogent ämne med enhetlig kemisk sammansättning även om fasomvandling sker. (s. 112) (b) komprimerad vätska (underkyld vätska) = en vätska som inte är på gränsen till förångning. (s. 114) (c) mättad vätska = en vätska som är på gränsen till förångning. (s. 114) (d) kondensation = fasomvandling ånga (gas) till vätska. (s. 114) (e) förångning = fasomvandling vätska till ånga (gas). Förångning sker vid gränsytan mellan vätska och ånga om ångtrycket är lägre än mättnadstrycket för vätskan vid dess temperatur. (s. 116/124/151) (f) ångtryckskurva = kurva som anger sambandet mellan förångningstemperatur och tryck, slutar i kritiska punkten. (s. 116) (g) mättad ånga = ånga som är på gränsen till kondensation. (s. 114) (h) överhettad ånga = ånga som inte är på gränsen till kondensation. (s. 115) (i) trippelpunkt = den punkt som motsvarar jämviktstillståndet där alla tre faserna, fast fas, vätska och gas, är närvarande. (s. 123) (j) sublimation = fasomvandling mellan fast fas och ånga (gas), eller omvänt. (s. 124) (k) specifik ångmängd x = massan mättad ånga i förhållande till den totala massan (i en mättnadsblandning), x = m g /m. (s. 129) (l) kritiskt tryck P cr = tryck vid kritiska punkten, d.v.s. i den punkt där mättad vätska = mättad ånga. (s. 119) 2
(m) entalpi h Entalpi per massenhet: h = u+P v [J/kg], där u inre energi per massenhet, P tryck och v volymitet, volym per massenhet. (s. 126/7) (n) medelmolvikt M = massan i kg för 1 kmol av ett visst ämne. (s. 138) (o) ideal gas = gas som uppfyller ideala gaslagen, P v = RT , där R är gaskonstanten [J kg −1 K −1 ]; T absolut temperatur (i kelvin); P absolut tryck (relativt vakuum). (En gas är ideal om inga krafter verkar mellan dess molekyler, utom då de kolliderar.) (s. 137) (p) gaskonstanten R R = R u /M där R u är den universella gaskonstanten [J kmol −1 K −1 ] och M gasens medelmolvikt [kg kmol −1 ] (s. 137/8) (q) kompressibilitetsfaktor Z Z = P v/(RT ); Z = 1 för en ideal gas. (s. 139/140) 3.2 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 som börjar i vätskefas, passerar genom det fuktiga området, och slutar i gasfas. s. 121 (Fig. 3-19) 3.3 Skissera ett schematiskt P -T –diagram (fasdiagram) för vatten och markera områden för olika faser. Markera speciellt kritiska punkten samt trippelpunkten. I vilket avseende i diagrammet skiljer sig vatten från i princip alla andra ämnen? Se Fig. 3-25 (s. 124). Vattens smältpunkt minskar med ökande tryck, tvärtemot nästan alla andra ämnen. 3.4 Definiera förångningsentalpi (ångbildningsvärme) h fg för ett enhetligt ämne. Hur inverkar trycket på h fg ? h fg = h g − h f , där h g är entalpin (per massenhet) för mättad ånga och h f d:o för mättad vätska, vid ex. givet tryck; h fg minskar med ökande tryck för att bli noll vid det kritiska trycket. (s. 127) 3.5 Härled ett uttryck på 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 . Betrakta en viss volym V av ämnet, V = V f + V g , 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 f v f + m g v g , där m f = m − m g . Med x = m g /m fås v = (1 − x)v f + xv g = v f + x(v g − v f ). (s. 129/130) 3.6 Ange ideala gaslagen samt diskutera dess giltighet m.a.p. inverkan av tryck och temperatur. Markera giltighetsområde i ett schematiskt T -v-diagram. Ideala gaslagen: P v = RT , där R är gaskonstanten [J kg −1 K −1 ] och T absolut temperatur (i kelvin). Ideala gaslagen uppnås vid tillräckligt låga tryck oavsett temperatur; gäller också med god noggrannhet vid tillräckligt höga temperaturer om inte trycket är allt för högt. Figur 3-49 (skisseras) visar att mättad och överhettad vattenånga kan betraktas som en ideal gas (avvikelse från Z = 1 mindre än 1%) om trycket är lägre än ca. 50 kPa. Från den övre gränskurvan sträcker sig gränslinjen för giltighetsområdet snett upp åt vänster. Avvikelserna från ideala gaslagen är mycket stora kring och till vänster om den kritiska punkten. (s. 137/139/140) 3.7 Redogör för principen om korresponderande tillstånd. Illustrera med figur. Kompressibilitetsfaktorn Z = P v/(RT ) har för en mängd gaser visat sig vara en unik funktion av reducerat tryck P R = P/P cr och reducerad temperatur T R = T/T cr , Z = f(P R , T R ). Kännedom om gaskonstant, aktuellt tryck och temperatur samt motsvarande vid kritiska punkten innebär alltså att volymiteten kan bestämmas (ur diagram, se Fig. 3-51, skisseras). (Det finns motsvarande diagram för andra storheter, t.ex. entalpi, se Appendix.) (s. 139/141) CH. 4 — ENERGIANALYS, SLUTNA SYSTEM 4.1 Förklara vad som avses med volymändringsarbete (slutet system). Ange ett generellt uttryck på hur detta arbete kan beräknas. Volymändringsarbete = det arbete som innebär förflyttning av ett systems begränsningsyta i samband med kraftverkan (normalkrafter); W b = ∫ P b dV, där P b är trycket verkande mot systemgränsen där volymändring dV sker. (s. 166/7) 4.2 Ange de generellt accepterade teckenreglerna för arbete resp. värme. Illustrera med 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. 3
Page 1: MMVF01 Termodynamik och strömnings
Page 5 and 6: CH. 5 — MASS- OCH ENERGIANALYS,
Page 7 and 8: (vilket skulle innebära att också
Page 9 and 10: 8.2 Definiera alt. förklara vad so
Page 11 and 12: P 4 /P 3 = (v 3 /v 4 ) k = (v 3 /v
Page 13 and 14: (b) Gibbs funktion g g = h − T s,

MMVF01 Termodynamik och strömningslära Repetitionsfr˚agor ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?