Förslag till tentaexempel i Termodynamik-MTF 096

Förslag till tentaexempel i Termodynamik-MTF 096
1. 1,0 g vatten i vätskefas injiceras i en evakuerad flaska med volymen 4,0 liter.
Flaskan är ej termiskt isolerad från omgivningen.
a) Beräkna tryck och specifik ångmängd efter att så lång tid gått att termisk jämvikt
uppnåtts för omgivningstemperaturen 20 o C.
b) Vid vilken omgivningstemperatur gäller att behållaren vid termisk jämvikt
uteslutande innehåller mättad ånga? (3p)
2. 2.0 mol argon i en cylinder med tvärsnittsarean 5.0 cm 2 expanderar adiabatiskt
från 5.0 atm. Vid expansionen rör sig kolven 1.0 m (vertikalt). Gasens temperatur
innan expansionen är 28°C. Gasen betraktas som ideal.
Bestäm
a. värmetillförseln till gasen
b. arbetet
c. gasens sluttemperatur (3p)
3. En cylinder i en båtmotor innehåller luft vid högt tryck.Vi betraktar luften som en
ideal gas samt bortser från värmeförluster till omgivningen. En liten mängd bränsle
sprutas in i cylindern, antänds och förbränns. Förbränningen tillför 4 kJ
värmeenergi till den komprimerade luften. Under förbränningen rör sig kolven så
att den inneslutna gasens tryck förblir konstant.
Vid ett tillfälle av processen erhölls följande parametervärden för luften i
cylindern, volym 0.5 liter, temperatur 400°C samt absoluta trycket 20
bar.
Hur stort arbete uträttas vid denna expansion? (3p)
4. En termos innehåller vatten i vätskefas med temperaturen 15°C och massan 100 g,
(värmekapaciteten antas vara konstant 4.19 kJ/kg,K för vatten i vätskefas).
Man tillför 4g is med temperaturen –26°C, värmekapaciteten för is antas vara
konstant 2.01 kJ/kg,K, smältvärme Lf
=333.7 kJ/kg
a) Vilken temperatur erhålls efter lång tid om vi kan anta att vattnet kan betraktas
som ett adiabatiskt system, eventuell temperaturförändring för själva termosen
bortses från.
b) om man tillför ytterligare 15 g is med temperaturen –26°C efter att termisk jämvikt
inträtt från uppgift a), vilken sluttemperatur erhålls. (4p)
5a. En cylinder med en friktionsfri kolv innehåller propan (C3H8) vid temperaturen
+115°C och trycket 2,56 Mpa. Undersök om det är rimligt att anta att propan vid
detta tillstånd är att betrakta som ideal gas: (1p)
b) Om man istället har vatten vid temperaturen +30°C och trycket 10 kPa. Undersök
om det är rimligt att anta att vattnet vid detta tillstånd är att betrakta som ideal
gas: (1p)
c) Kvävgas komprimeras adiabatiskt i en kompressor från trycket P1=1,0 bar och
temperaturen T1=30°C till trycket P2=10,0 bar.
Gasen kan behandlas som ideal gas, ev. tabellvärden hämtas vid starttillstånd.
Beräkna sluttemperaturen (1p)

6.
En kalorimeter innehåller 42,0 g vatten vid temperaturen +15°C, kalorimeterkärlet
som väger 105 g och består av koppar antas ha samma temperatur som vattnet. En
kopparbit med massan 23,0 g och temperaturen 100 °C sänks hastigt ned i
kalorimetern. Apparaten är välisolerad varför inget värmeutbyte antas ske med
omgivningen. Beräkna den totala entropiändring som blir följden av denna process (3p)
7.
En cylinder hängs upp vertkalt i ett snöre i centrum av ett stort rum. Cylinders topp
och botten är väl isolerade så att värmeavgivningen från dessa ytor kan försummas.
Värmeavgivningen från burken sker därigenom endast från cylinderns cirkulära
mantelyta.
Cylindern fylls med vatten av +50°C, varvid mantelytan hos cylindern (yttersida)
antas vara +50°C. Cylinderns höjd är 30 cm och dess ytterdiameter 10 cm.
Omgivande luft i rummet är +20°C. Omgivande rumsytor antas ha samma temperatur
som rumsluften samt har det totala emissionstalet ε=0.85. Cylinderytan har det totala
emissionstalet ε=0.90.
Bestäm värmeflödet från cylindern under givna förhållanden orsakat av:
Strålning (1p)
8
För att undersöka en väggkonstruktion enligt figur görs följande uppställning i lab.
Väggen (bredd*höjd; 1,0*0,5 m) placeras vertikalt i en klimatkammare där
lufttillståndet på bägge sidor av väggen kan hållas konstanta. Värmeledningstalen för
respektive material är kA=0.080, kB=0.036 samt kC=0.140 W/m,°C
På ena sidan är lufttemperaturen +20°C varvid väggtemperaturen +18°C. Värmeflödet
per ytenhet från luft till väggen bestäms till 4.0 W/m 2 .
Bestäm temperaturen mellan skikt A-B, B-C samt utsida av skikt C.
Vi bortser från eventuella effekter vid väggslut (randeffekter). (2p)
Väggmaterial
C B A
Lufttemperatur Lufttemperatur
? °C
+20 °C
Tjocklek (mm)
25 240
12
Väggtemperatur +18°C

9.
En ideal Otto-cykel har kompressionsförhållandet rv=8 . Den lägsta respektive högsta
temperaturen i cykeln är 37°C respektive 1327°C.
Bestäm:
a) Specifika värmetillförseln till cykeln. (1p)
b) Termiska verkningsgraden för cykeln (1p)
c) Den termiska verkningsgraden för en Carnot-cykel arbetande
mellan den lägsta/högsta temperaturen i Ottocykeln (1p)