3784493415

5. PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI

Zadanie 5.1

W adiabatycznym cylindrze, napełnionym gazem i zamkniętym z góiy swobodnie przesuwającym się bez tarcia, szczelnym tłokiem o powierzchni A = 0,01 m². porusza się wiatraczek z prędkością kątową 50 1/s napędzany momentem obrotowym 0,5 Nm przez 2 min. Po wyłączeniu silnika, i odczekaniu na osiągnięcie stanu równowagi, stwierdzono podniesienie się tłoka o 25 cm. Obliczyć zmianę energii wewnętrznej gazu, jeżeli cały proces przebiegał przy niezmienionym ciśnieniu atmosfery cznym 100 kPa!

Wynik: AU_U = 2,75 kJ.

Zadanie 5.2

Na gaz w cylindrze działa tłok niezmieniającą się silą 7,5 kN. Opornik elektryczny umieszczony w gazie zasilono przez 40 sekund prądem stały m o napięciu 120 V i natężeniu 2 A. Na końcu procesu stw ierdzono podniesienie się tłoka o 320 mm. Jaką pracę wykonał gaz i o ile zmieniła się jego energia termiczna, jeżeli podczas procesu przez ścianki cylindra odpłynęło do otoczenia 500 J ciepła?

Wyniki: L,.₂ = 2,4 kJ, AU_U = -tó,7 kJ.

Zadanie 5.3

Silnik gazowy, doskonale zaizolowany cieplnie, zasilany jest helem o jednostkowej entalpii 1560 kJ/kg. Hel dopływa do silnika z prędkością 25 rn/s w ilości 0,85 kg/s, a opuszcza system z prędkością 30 m/s i ma wtedy entalpię jednostkową 625 kJ/kg. Zmianę energii potencjalnej, między wlotem i wylotem helu, można pominąć. Silnik działa w stanie ustalonym w czasie. Obliczyć mechaniczną moc wewnętrzną silnika.

Wynik: N_t s Lj = 795 kW.

Zadanie 5.4

Jeżeli silnik z poprzedniego zadania pozbawiono by izolacji cieplnej, a miałby on tę samą moc mechaniczną, ale entalpia jednostkow a odpływającego helu wyniosłaby 580 kJ/kg, to - przy pozostałych danych niezmienionych - jaki efekt cieplny byłby z tym związany? Wynik: Q = -37,9 kW (strata cieplna do otoczenia).

Zadanie 5.5

Do wytwornicy pary dopływa z prędkością 1,2 m/s strumień 16 kg/s wody o entalpii jednostkowej 210 kJ/kg, a wypływa z prędkością 62 m/s para przegrzana o entalpii jednostkowej 3520 kJ/kg. Przewód parowy przebiega na wysokości 35 m ponad przewodem wody zasilającej (w miejscach przecięć przez umowną granicę systemu). Jaki strumień ciepła jest doprowadzany do zamienianej w parę przegrzaną wody, jeżeli proces jest ustalony w czasie? Jaki błąd względny popełnia się przez pominięcie w tym obliczeniu zmian energii kinetycznej i potencjalnej?

Wyniki: Q = 52 996kW =53 MW. ^2 = 0,0007 = 0.07%.