Seminarium II, Termodynamika Techniczna, III rok TCH 2012/2013

Pojęcia do przypomnienia
materia, substancja, układ termodynamiczny, rodzaje układów termodynamicznych, parametry stanu układu
(intensywne, ekstensywne), funkcje stanu układu i zależności między nimi, właściwości funkcji stanu układu,
przemiana termodynamiczna, czynnik termodynamiczny, stan równowagowy układu, ciepło właściwe, objętość
właściwa


Pytania i zadania

1. Wymień i scharakteryzuj podstawowe i uzupełniające jednostki układu SI?

2. Przelicz na jednostki układu SI: 1 Å, 1 μm, 1 cm

2

, 1 l, 1 mm

3

, 1 h, 1 t, 1 g, 1 kG, 1 kp, 1 dyna, 1 at, 1 atm,

1 mm H

2

O, 1 mm Hg, 1 Tr, 1 kG·m, 1 kWh, 1 cal, 1 MW, 1 kW.

3. Zastosowanie przedrostków w układzie SI, oblicz: 320 nm



(μs)

-1

, 9 nm

3



3,5 (ps)

-1

, 3 TW



2 Ms.

4. Z czego wynika dokładna wartość przyspieszenia ziemskiego wynosząca 9,80665 m/s

2

? Odpowiedź

uzasadnij wykorzystując wzór Newtona na siłę grawitacyjnego oddziaływania dwóch mas.

5. Co to znaczy, że ciśnienie i temperatura są parametrami stanu?

6. Podaj definicję temperatury na gruncie termodynamiki fenomenologicznej.

7. Dlaczego przeliczenie temperatury ze skali Kelvina na skalę Celsjusza zachodzi według wzoru:

t = T – 273,15 ?

8. Podaj definicję ciśnienia na gruncie termodynamiki fenomenologicznej. Jakie skale temperatury

są stosowane w termodynamice? Podaj temperaturę 85

o

C w skali Farenheita i Kelwina.

9. Jak się mierzy ciśnienie statyczne, dynamiczne i całkowite? Do czego służy rurka Pitota-Prandtla?

10. Ciśnienie gazu w zbiorniku zmierzone różnymi przyrządami wynosi: p

1

=0,05 at, p

2

=500 mm H

2

O,

p

3

=36,8 mm Hg. Wyrazić te ciśnienia w jednostkach układu SI.

11. Kocioł wytwarza 20 000 kcal ciepła. Wyrazić ilość ciepła w MJ.

12. Co rozumiesz pod pojęciem: normalnych warunków fizycznych, technicznych, standardowych?

13. Sformułować pierwszą zasadę termodynamiki w zastosowaniu do układu zamkniętego.

14. Co to jest ciepło właściwe?

15. Co rozumiesz pod pojęciem ciepła i pracy w termodynamice?

16. Czy praca i ciepło to postacie energii?

17. Ciśnienie statyczne gazu w rurociągu wynosi p

s

= 100 mm H

2

0. Jakie jest ciśnienie bezwzględne gazu

mierzone w at, Pa i Tr jeżeli ciśnienie atmosferyczne wynosi 770 mm Hg?

18. W pojemniku o objętości 1,5 m

3

znajduje się 0,19 m

3

ziaren granitu (gęstość 2750 kg/m

3

), 0,45 m

3

ziaren piasku (gęstość 1500 kg/m

3

), 0,36 m

3

wody o temperaturze 25



C (gęstość 997 kg/m

3

), a resztę

objętości pojemnika zajmuje powietrze o gęstości 1,17 kg/m

3

. Oblicz objętość właściwą i gęstość

mieszaniny zawartej w pojemniku.

19. Oblicz zmianę energii wewnętrznej 100 kg powietrza przy ochłodzeniu od t

1

= 300

o

C do t

2

= 50

o

C.

Zależność ciepła właściwego od temperatury przyjąć liniową:

c

v

|

t

0

= 0,7084 + 0,000009349·t [kJ/kg·

o

C], wynik wyrazić w [kJ/kg].

20. Pod wpływem działania ciepła doprowadzonego z zewnątrz powietrze o masie m = 1 kg zostaje

ogrzane pod stałym ciśnieniem o 100 K. Wyznaczyć zmianę energii wewnętrznej, pracę bezwzględną
oraz ilość ciepła doprowadzoną do powietrza.

21. Podczas ogrzewania pewnej masy gazu przy p=const. o ΔT=2 K jego objętość wzrosła o 0,005 wartości

początkowej. Oblicz temperaturę początkową gazu.

Seminarium II, Termodynamika Techniczna, III rok TCH 2012/2013

22. Obliczyć objętość, jaką zajmuje 5 kg azotu w temperaturze 127

o

C i przy ciśnieniu 10 bar. Obliczyć

objętość właściwą i gęstość powietrza w tych warunkach.

23. W butli o objętości równej V=0,1 m

3

znajduje się powietrze pod ciśnieniem p = 100 bar w

temperaturze t=30

o

C. Obliczyć objętość tego powietrza zredukowaną do warunków normalnych

technicznych.

24. Obliczyć ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu 1 m

3

tlenu w następujących warunkach:

a) w warunkach normalnych fizycznych

b) przy ciśnieniu p = 10 bar i w temperaturze t = 50

o

C, jeśli ciepło właściwe 1 kmol tlenu wynosi

29,274 kJ/(kmol·deg) i może być uważane za stałe w rozważanym obszarze zmienności
temperatur.

25. Średnie ciepło właściwe w przedziale temperatur (0, t

1

) wynosi c

p

|

t1

0

, w przedziale temperatur (0, t

2

)

zaś jest równe c

p

|

t2

0

. Obliczyć średnie ciepło właściwe w przedziale (t

1

, t

2

) wynosi c

p

|

t2

t1

.

26. Mieszanina gazów doskonałych składa się z 8 kg tlenu, 14 kg azotu oraz 44 kg dwutlenku węgla.

Obliczyć udziały masowe oraz molowe poszczególnych składników w mieszaninie.

27. Gaz palny ma następujący skład objętościowy 45 % wodoru, 25 % metanu, 18,5 % tlenku węgla, 2,5 %

dwutlenku węgla, 4 % tlenu i 5 % azotu. Obliczyć udziały masowe, stałą gazową, pozorną masę
cząsteczkową, gęstość oraz ciepła właściwe w warunkach normalnych fizycznych.