1. Sprężarka o stałej mocy wewnętrznej mocy 80 kW
pracowała przez 4 godziny ze sprawnością mechaniczną
0,80. Jaką pracę w kWh i w kJ doprowadzono do
sprężarki?
80/ 0,8 *4= 400 kWh
1kWh= 3600 kJ czyli 400*3600= 1440000 kJ
2.Co to jest równanie stanu? Czy równanie Clapeyrona jest
równaniem stanu? Podać jego postać
Równanie stanu jest to równanie wykazujące związek między
parametrami układu. Takimi jak np. ciśnienie, temperatura,
ilość moli, objętość układu itp.
Tak równanie Clapeyrona jest równaniem stanu dla gazu
doskonałego
pV=RT ;p - ciśnienie [Pa]; V - objętość właściwa [m
3
/kg];
R - stała gazowa; T - temperatura absolutna gazu [K];
pV=GRT ;p - ciśnienie [Pa]; V - objętość właściwa [m
3
/kg];
R - stała gazowa;T - temperatura absolutna gazu [K];
pV=n(MR)T ;p - ciśnienie [Pa]; V - objętość właściwa [m
3
/kg];
(MR) - 8314,7 [J/kmolK];
3.W jakiej przemianie ciśnienie czynnika jest stałe? Jaka
jest pojemność cieplna czynnika w takiej przemianie? Jak
wyznaczyć pracę całkowitą i bezwzględną? Pokazać obraz
przemiany w układach Ts i pv.
Ciśnienie czynnika jest stałe w przemianie izobarycznej.
Pojemność cieplna będzie zależała od
liczby stopni swobody cząsteczki gazu i. (izobara p = idem;
v2/v1 = T2/T1 )
Pracę bezwzględną można policzyć: L
1-2
= p*(V2-V1)
4.W jaki sposób bilansujemy substancję w procesach
fizycznych, a w jaki w procesach chemicznych?
Bilansując substancje używamy równania Substancja
doprowadzona = przyrost ilości substancji w układzie + ilość
substancji wyprowadzonej z układu.
W procesach fizycznych równanie to można stosować
oddzielnie do każdej substancji, natomiast w procesach chem.
Równanie należy stosować oddzielnie do każdego z
pierwiastków.
5. 1 kmol metanu CH4 zmieszano z 2 kmol tlenu. Podać
skład molowy i gramowy otrzymanego roztworu.
Zakładając, iż składniki zachowują się jak gaz doskonały
wyznaczyć pojemność cieplną właściwą przy stałym
ciśnieniu takiego roztworu? Ja wyznaczyć wykładni
izentropy?
Masa molowa zastępcza (Mz) jest równa podziałowi
molowemu (zi) przemnożonemu przez masę
molową (M).
MCH4=12+1*4=16[g/mol]
MO2=32[g/mol]
Mz=0,33*MCH4+0,66*MO2=0,33*16+0,66*64=5.28+42.24=
47.52[g/kmol]
Udział gramowy:
gi=zi*Mi/Mz
gCH4=16/ 47.52=0,34g
gO2=32/47.52=0,67g
Udział molowy: Na 2 mole O2 przypada jeden mol CH4.
6.Podać sposoby doprowadzania energii do układu. Co to
jest energia wewnętrzna układu? Kiedy należy uwzględniać
energię chemiczną?
Energię doprowadzać do układu można: za pomocą prądu el.,
przez wykonanie pracy mechanicznej, poprzez przepływ
ciepła, za pomącą strugi czynnika,
Energia wewnętrzna jest składnikiem energii układu, obok
energii potencjalnej i kinetycznej, jej głównymi składnikami
są:
-Energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego drobin,
-Energia ruchu drgającego atomów w drobinie
-Energia potencjalna w polu wzajemnego przyciągania się
drobin
-Energia chemiczna, związana z możliwością przebudowy
drobin,
-Energia stanów elektronowych,
-Energia jądrowa,
Energię chemiczną należy uwzględniać wówczas, gdy mamy
do czynienia z przemiana związaną z procesami chemicznymi.
7.Podać definicję entalpii. Co to jest entalpia całkowita?
Czym różni się od entalpii spoczynkowej? Czy należy
uwzględniać zmiany prędkości i zmiany wysokości
czynnika?
Entalpie definiuje się za pomocą wzoru Gibbsa :I = U + pV
I=u + pv
Gdzie :
U,I – energia wewnętrzna i entalpia
u,i – energia wewnętrzna i entalpia właściwa
p – bezwzględne ciśnienie statyczne
V,v = objętość całkowita i właściwa objętość ciała
Entalpia jest funkcją tych samych parametrów stanu, co
energia wewnętrzna
Entalpia rożni się od entalpi spoczynkowej tym że oblicza się
ja ze wzoru F= I – TS (czyli od Entalpi odejmuje się iloczyn
TS )
Gdzie T- temp w kelwinach; S – Entropia
Nie należy uwzględniać zmiany prędkości i zmiany wysokości
czynnika.
8,Co to jest praca bezwzględna? Co to jest praca
techniczna? Jak zobrazować te prace w układzie pV
Praca bezwzględna nazywamy prace wykonana przez czynnik
termodynamiczny przy zmianie jego objętości wtedy, gdy
ciśnienie otoczenia jest równe zero.
Praca techniczna - jest to także praca polegająca na zmianie
objętości, jednak praca ta zawsze jest
wykonywana przy jednoczesnym zmniejszaniu wartości
ciśnienia.
Lt = L1-2 + Ln + Lw
9.Z czego składa się obieg Carnota? Pokazać ten obieg w
Ts. Jaka jest sprawność silnika działającego wg tego
obiegu? Jaką maksymalną sprawność można uzyskać w
silniku cieplnym?
Cykl Carnota-obieg termodynamiczny, złożony z dwóch
przemian izotermicznych i dwóch
przemian adiabatycznych. Cykl Carnota jest obiegiem
odwracalnym. Obieg taki zapewnia najwyższą sprawność
silnika cieplnego, zwaną sprawnością obiegu Carnota, jednak
praktyczna jego realizacja ze względów technicznych jest
niemożliwa. Sprawność obiegu Carnota jest funkcją stosunku
temperatur.
Sprawność silnika można obliczyć wzorem ηis= 1-
(Q
2
/Q
1
).
10.Omówić obieg Clausiusa Rankine'a. W jaki sposób
można zwiększyć sprawność elektrowni parowej?
Obieg Rankine'a (dokładniej obieg Clausiusa-Rankine'a) jest
obiegiem porownawczym dla procesów, w których zachodzi
parowanie i skraplanie czynnika roboczego np. dla
konwencjonalnych lub jądrowych siłowni parowych,
agregatów chłodziarek.
Jest on złożony z następujących przemian:
1 - 2 -adiabatyczne rozprężanie pary w turbinie parowej,
2 - 3 -izobarycznego skroplenia rozprężonej pary
(odprowadzenia ciepła w skraplaczu),
3 - 4 - izentropowego, pompowania kondensatu w pompie,
4 - 1 - izobarycznego podgrzewania cieczy (wody), jej
odparowania oraz przegrzewania powstałej pary w kotle
parowym lub wytwornicy pary.
Sposoby : - przegrzew wtórny
- regeneracja ciepła
11.Co to są parametry termiczne roztworu? Jakie
parametry termiczne należy znać aby jednoznacznie opisać
stan gazu doskonałego? Jakie równanie wiąże parametry
stanu?
Parametrami termicznymi nazywamy takie parametry jak
temperatura, ciśnienie, objętość włąsciwa.
Aby jednoznacznie opisać stan gazu doskonałego należy znać
parametry: Ciśnienie, objętość, temperatura,
Równanie Clapeyrona
pV=RT; p- ciśnienie, V-objętość właściwa, R-stała gazowa, T-
temp. absolutna gazu.
12.Co to jest praca użyteczna?
Pracą użyteczną nazywamy pracę która zostaje po odjęciu od
wartości pracy bezwzględnej pracę wykorzystaną na pokonanie
sił zewnętrznych np. Ciśnienia na zewnątrz tłoka.
Gdzie: V1 i V2 oznaczają końcową i początkową objętość
czynnika w cylindrze.
13.Podać sformułowanie pierwszej zasady termodynamiki.
Co to jest perpetuum mobile pierwszego rodzaju?
1 zasada termodynamiki mówi: Wartość Energi doprowadzonej
do układu jest równa sumie przyrostu energii układu i energii
wyprowadzonej z układu.
Perpetuum mobile pierwszego rodzaju, to hipotetyczna
maszyna, która wytwarza więcej energii, niż
sama zużywa, tj. wykonuje pracę bez pobierania energii z
zewnątrz lub praca wykonywana przez
nią jest większa od pobieranej energii. Miałby to być
samonapędzający się mechanizm.
14.Podać sposoby doprowadzania i wyprowadzania energii
z układu.
Doprowadzanie i wyprowadzanie:
a)
Za pomocą prądu elektrycznego
b)
Przez wykonanie pracy mechanicznej
c)
Przez przepływ ciepła
d)
Za pomocą strugi czynnika
15.W jakiej przemianie praca bezwzględna jest równa
zeru? Jakie jest równanie tej przemiany?
Praca bezwzględna jest równa zeru w przemianie
izochorycznej (V=idem) w układzie zamkniętym.
Równanie: p
2
/p
1
=T
2
/T
1
Gdzie p i T to odpowiednio ciśnienie i temperatura.
16.Co to jest sprawność wewnętrzna turbiny? Zobrazować
rozprężanie gazu doskonałego w nieodwracalnej turbinie
adiabatycznej na wykresie T-s.
Sprawność wewnętrzna turbiny jest to iloraz różnic:
17.W jakich jednostkach można wyrażać ilość substancji?
Ilość można wyrazić za pośrednictwem masy (bądź ciężaru)
lub w molach.
Np. 1 kg, kg
n
, 1 mol
18.Co to jest praca wykresowa silnika tłokowego?
Jest to pole objęte krzywą wykresu indykatorowego L
wk
Przekazywana jest przez czynnik tłokowy maszyny.
19.Co to jest perpetuum mobile drugiego rodzaju?
Perpetuum mobile drugiego rodzaju, to cykliczna maszyna,
która zamienia energię cieplną na pracę mechaniczną bez
wzrostu całkowitej entropii. Taką maszyną byłby np. silnik
cieplny pobierający z otoczenia ciepło, które następnie
zamieniane byłoby całkowicie na pracę. Silnik taki nie
oddawałby ciepła do otoczenia, a jego sprawność wynosiłaby
100%.
20.W jakiej przemianie praca techniczna jest równa zeru?
Jakie jest równanie tej przemiany dla gazu doskonałego?
W przemianie izobarycznej (p=idem) praca tech=0.
Równanie: v
2
/v
1
=T
2
/T
1
Gdzie v i T to objętość i temp.
21.Co to jest sprawność wewnętrzna sprężarki?
Zobrazować sprężanie gazu doskonałego w nieodwracalnej
turbinie adiabatycznej na wykresie T-s
Sprawność wewnętrzna sprężarki:
22.Scharakteryzować przemianę izentropową. Kiedy
przemiana adiabatyczna jest izentropą?
Przemiana izentropowa - proces termodynamiczny zachodzący
przy stałej entropii właściwej.
Izentropa beztarciową jest zarazem adiabata odwracalna.
Równanie izentropy
gazów doskonałych można przedstawić za pomocą równania:
jest przemianą adiabatyczna odwracalna, jeżeli przemiana
przebiega beztarciowo lub w sposób idealny
23.Co to jest pompa ciepła? Pokazać obieg pompy na
wykresie T-s
Pompa ciepła jest to maszyna cieplna w której wymuszany jest
przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o
temperaturze wyższej. Proces ten przebiega wbrew
naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła i zachodzi dzięki
dostarczonej z zewnątrz energii mechanicznej (w pompach
ciepła sprężarkowych) lub energii cieplnej (w pompach
absorpcyjnych).
24.Co to jest transformator ciepła?
Są to urządzenia nie wykonujące pracy, lecz będące w
kontakcie z co najmniej trzema źródłami ciepła o różnych
temperaturach. Jednozadaniowe transformatory ciepła mogą
spełniać rolę pompy grzejnej lub ziębiarki. Znaczenie
praktyczne maja tylko trzy przypadki, w których ciepło
napędowe Qn jest dodatnie, podczas gdy łączna liczba
możliwych wariantów wynosi 6.
25.Co to jest ciśnienie barometryczne? Co to jest ciśnienie
manometryczne?
Ciśnienie barometryczne -stosunek wartości siły, z jaką słup
powietrza atmosferycznego naciska na
powierzchnię Ziemi, do powierzchni, na jaką ten słup naciska
(por. Ciśnienie).
Ciśnienie manometryczne- to ciśnienie bezwzględne
(absolutne) pomniejszone o ciśnienie
atmosferyczne. Pomiaru tego ciśnienia dokonujemy
manometrem.
26.Podać definicję gazu doskonałego, półdoskonałego i
rzeczywistego. Czy, a jeżeli tak to kiedy parę wodną można
traktować jak gaz doskonały?
Gaz doskonały to hipotetyczny gaz, którego drobiny nie
przyciągają się wzajemnie, są nieskończenie małe i sztywne
(wewnątrz drobin nie występują drgania).
Gaz półdoskonały różni się od doskonałego tym ze w jego
drobinach występują drgania (atomy wchodzące w skład
drobiny są powiązane sprężyście).
Gaz rzeczywisty zachowuje się jak półdoskonały pod
dostatecznie niskim ciśnieniem, w miarę rozrzedzenia gazy siły
wzajemnego przyciągania i wpływ objętości własnej drobin
zmniejszają się .
Tak można parę traktować, jako gaz doskonały (lub
półdoskonały), lecz tylko wtedy, gdy para ma dostatecznie
niskie ciśnienie.
27.Co to jest praca techniczna?
Jest to praca wykonana przez maszynę przepływową, która jest
sumą pracy L
n
(napełniania), L
1-2
(przemiany w układzie
zamkniętym) i L
w
(wytłaczania).
Jeżeli przemiana przebiega bez tarcia, to pracę techniczną
możemy obliczyć ze wzoru dLt= -Vdp
28.Do niezaizolowanego zbiornika doprowadza sie gaz.
Jakie składniki należy uwzględnić w bilansie energii?
Zmianę energii wewnętrznej, entalpie gazu, entalpie
wewnętrzną i energię wyprowadzoną .
29.Pokazać na wykresie T-s obieg dowolnego silnika
cieplnego i obieg dowolnej pompy ciepła. Podać przykład
technicznej realizacji takich obiegów.
Turbina parowa: energia napędowa pochodzi od
przepływających spalin lub innych gazów
roboczych, składa się z zespołu sprężarki i turbiny
przykład: turbosprężarka doładowująca silnik tłokowy
Pompa ciepła: ochładzalnik, lodówka
30.Omówić przemianę adiabatyczną
Przemiana adiabatyczna (Proces adiabatyczny) – proces
termodynamiczny, podczas którego wyizolowany układ nie
nawiązuje wymiany ciepła, lecz całość energii jest dostarczana
lub odbierana z niego jako praca.
31.Jak wyznacza się entalpię mokrej pary wodnej?
Obszar pary mokrej na wykresie i-s znajduje się poniżej
wyróżnionej, grubej linii, zwanej linią nasycenia pary.
Do wyznaczania wartości entalpii właściwej i (lub) entropii
właściwej pary mokrej konieczna jest znajomość dwóch
parametrów pary ( najczęściej ciśnienia i stopnia suchości lub
temperatury i stopnia suchości pary).
