1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Átírás

1 1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1 Kérdések. 1. Mit mond ki a termodinamika nulladik főtétele? Azt mondja ki, hogy mindenegyes termodinamikai kölcsönhatáshoz tartozik a TDR-nek egyegy olyan intenzív állapotjelzője, melyek egyenlősége a kölcsönhatásban lévő TDR-ek egyensúlyának szükséges és elégséges feltétele. A termikus kölcsönahtás melletti egyensúlyban a hőmérséklet az egyenlő nagyságú intenzív állapotjelző. Az egyensúly: szimmetrikus (a egyensúlyban van b-vel, akkor fordítva is) tranzitív ( a e. b és a e. c, akkor b e. c) Hőmérsékletmérés 2. Függ-e a belső energia változás nagysága az állapotváltozás útvonalától? NEM, mivel a belső energia állapotfüggvény, vagyis nagysága csak a termodinamikai állapottól függ, azaz: U=U(állapotjelzők) tehát nagysága nem függ a megtett úttól; azaz attól, hogy a rendszer milyen módon jutott el az 1 állapotból a 2 állapotba. 3. Függ-e a közölt hő az állapotváltozás útjától? IGEN, mert a Q nagysága a pillanatnyi állapoton kívül az állapotváltozás irányától is függ. Mivel Q=Q(útvonal), ezért nem létezik olyan Q=Q(állapotjelző) függvény, amelyek elemi megváltozása lenne az elemi állapotváltozás során végzett hő. 4. Függ-e a rendszeren végzett munka az állapotváltozás útjától? IGEN, mert a W nagysága a pillanatnyi állapoton kívül az állapotváltozás irányától is függ. Mivel W=W(útvonal), ezért nem létezik olyan W=W(állapotjelző) függvény, amelyek elemi megváltozása lenne az elemi állapotváltozás során végzett munka. 5. Ténylegesen létezik-e ideális gáz? 6. Milyen körülmények között tart a gázok viselkedése az ideális gázokéhoz? Kisnyomású, valóságos gázokra igaz, hogy viselkedésük tart az ideális gázokéhoz, mivel az U belső energiájának a térfogattól való függése nagyon kis (általában elhanyagolható), így a nyomása, a térfogata és a hőmérséklete közötti kapcsolatot az ideális gáz termikus állapotegyenlete a műszaki gyakorlat számára kellő pontossággal írja le. 7. Milyen folyamatok lejátszódását engedi meg a termodinamika II. főtétele?

2 2 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Mit mond ki a termodinamika II. főtétele? 9. Hogyan befolyásolja az entrópiát a folyamat irreverzibilitása? Minél nagyobb az irreverzibilitás, annál nagyobb az entrópia-növekedés. ÁBRA 10. Spontán lejátszódó folyamat közben hogyan változik egy minden kölcsönhatással szemben elszigetelt termodinamikai rendszer entrópiája? Ha a TDR minden kölcsönhatással szemben elszigetelt, akkor a rendszerben lejátszódó spontán folyamatok során a rendszer entrópiája mindaddig nő, amíg be nem áll az egyensúlyi állapot. Egyensúlyi állapotban a rendszer entrópiája maximális. 11. Mit mond ki az entrópia maximum elve? Ha a TDR minden kölcsönhatással szemben elszigetelt, akkor a rendszerben lejátszódó spontán folyamatok során a rendszer entrópiája mindaddig nő, amíg be nem áll az egyensúlyi állapot. Egyensúlyi állapotban a rendszer entrópiája maximális. Azonban nyílt rendszer egyensúlyának nem feltétele az entrópiamaximum, mivel az entrópianövekedés a külvilágnak leadott hővel kompenzálható, sőt, az entrópia akár csökkenhet is. 12. Írja fel a ds elemi entrópia változás, a dq elemi hőmennyiség és a T abszolút hőmérséklet közötti relációt reverzibilis állapotváltozásra!

3 3 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Írja fel a ds elemi entrópia változás, a dq elemi hőmennyiség és a T abszolút hőmérséklet közötti relációt irreverzibilis állapotváltozásra! dl s Mit jelent a T S diagramon az állapotváltozás görbéje alatti terület, ha az állapotváltozás irreverzibilis? A bevezetett vagy elvont hőmennyiséget. 15. Ismertesse a reálfaktor fogalmát! 16. Ismertesse az ideális gáz z-p diagramját! Mutassa meg egy reális gáz z-p diagramján az izotermák lefutását! 17. Mit értünk a fázis fogalmán?

4 4 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Mit nevezünk homogén termodinamikai rendszernek? 19. Mit nevezünk heterogén termodinamikai rendszernek? 20. Rajzolja fel egy tetszőleges egykomponensű közeg p T fázisegyensúlyi diagramját! Nevezze meg a diagram vonalait és tartományait! Mutassa meg a hármaspontot és a kritikus pontot!

5 5 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Hogyan változnak egy egyensúlyi kétfázisú termodinamikai rendszerben a fázisok fajlagos extenzív állapotjelzői a kritikus ponthoz közeledve? 22. Mechanikai analógia segítségével magyarázza meg a stabil, a metastabil és az instabil termodinamikai egyensúlyt! 23. Ismertesse az egykomponensű többfázisú közeg p v diagramjának felépítését! Mutassa meg a hármas- és a kritikus pontot!

6 6 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Értelmezze a következő fogalmakat: telítési nyomás, telítési hőmérséklet, telített folyadék, telített gőz, fajlagos gőztartalom és párolgáshő! 25. Magyarázza meg a következő tulajdonságokat jelölő fogalmakat: túlhevített folyadék és aláhűtött gőz! Válaszához készítsen vázlatot a többfázisú közeg p v vagy T v diagramján! Hol találhatók ezek az állapotok a fázisegyensúlyi diagramon? Diagramok fent (p-v és T-v is) 26. Milyen jellegzetes tulajdonsággal rendelkezik a valós gáz izotermája a kritikus pontban? Válaszához készítsen vázlatot!

7 7 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Milyen jellegzetes tulajdonsággal rendelkezik a valós gáz izobárja a kritikus pontban? Válaszához készítsen vázlatot!

8 8 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Mit mond ki a megfelelő állapotok tétele? 29. Milyen anyagmodellből vezethető le az ideális gáz állapotegyenlete? Kinetikus gázmodellből 30. Milyen, a részecskék közötti kölcsönhatásra vezethető vissza a gáz nyomása? 31. A részecskék milyen tulajdonságára vezethető vissza az ideális gáz hőmérséklete? Ütközésekre, a rendezetlen mozgásukból eredően. 32. Ábrázolja a gömbszimmetrikus részecskék között ébredő erők potenciálfüggvényét! 33. Milyen egyszerű modellel veszi figyelembe a van der Waals állapotegyenlet a részecskék közötti kölcsönhatásokat?

9 9 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 9

10 10 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Írja fel a van der Waals állapotegyenletet! Ld A van der Waals egyenletben melyik tag veszi figyelembe a részecskék között fellépő vonzó, és melyik a taszító erőt? 36. Ábrázolja p v diagramon a van der Waals állapotegyenlet szerinti izotermákat!

11 11 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Milyen jellegzetes tulajdonsággal rendelkezik a valós gáz izotermája a kritikus pontban? Milyen jellegzetes tulajdonsággal rendelkezik a valós gáz izobárja a kritikus pontban? Válaszához készítsen vázlatot! Ld Hogyan számítható ki a van der Waals állapotegyenlet a és b konstansa?

12 12 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Ismertesse a fázisegyensúly meghatározására szolgáló Maxwell-kritériumot? 40. Mit mond ki a megfelelő állapotok tétele? 41. Definiálja az entalpiát, a szabad energiát és a szabad entalpiát! Az entalpia vagy hőtartalom (jele H, mértékegysége J) hasonlóan a belső energiához extenzív mennyiség és egy zárt rendszer összes energiatartalmát jelenti, annak megfelelően, hogy miből áll a rendszer, milyen a felépítése. Tartalmazza a rendszert alkotó részecskék egyenesvonalú mozgási energiáját, rezgési és forgási energiáját az atomok és a molekulák elektronjainak energiáját és az atommagokon belüli kötési energiákat. Még a legegyszerűbb felépítésűnek gondolt rendszer esetében sem tudjuk a teljes energiatartalmat kiszámítani, vagyis egy rendszer entalpiájának tényleges, számszerű értéke ugyanolyan okok miatt, mint a belső energia nem határozható meg.

13 13 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Milyen termodinamikai függvényeket nevezünk termodinamikai potenciáloknak? 43. Melyik független változókkal termodinamikai potenciál a belső energia? 44. Melyik független változókkal termodinamikai potenciál az entalpia? Ld Melyik független változókkal termodinamikai potenciál a szabad energia? Ld Melyik független változókkal termodinamikai potenciál a szabad entalpia? Ld Hogyan adódnak ki a termodinamikai potenciálok teljes differenciáljából a konjugált állapotjelzők között fennálló kapcsolatok?

14 14 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Hogyan nyerjük a konjugált állapotjelzők között fennálló egyenletekből a termodinamikai Maxwell-egyenleteket?

15 15 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Mi a jelentőségük a termodinamikai Maxwell-egyenleteknek? 50. Írja fel a GIBBS DUHEM-féle fundamentális egyenletet! 51. Definiálja a kémiai potenciált egykomponensű termodinamikai rendszerre!

16 16 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Mik a fázisegyensúly feltételei? 53. Mit értünk a szabadsági fok fogalmán? 54. Milyen összefüggés van egy tetszőleges termodinamikai rendszer komponenseinek, fázisainak és szabadsági fokainak száma között? 55. Mit mond ki az entrópia maximum elve? Ha a TDR minden kölcsönhatással szemben elszigetelt, akkor a rendszerben lejátszódó spontán folyamatok során a rendszer entrópiája mindaddig nő, amíg be nem áll az egyensúlyi állapot. Egyensúlyi állapotban a rendszer entrópiája maximális. Azonban nyílt rendszer egyensúlyának nem feltétele az entrópiamaximum, mivel az entrópianövekedés a külvilágnak leadott hővel kompenzálható, sőt, az entrópia akár csökkenhet is. 56. Milyen mennyiségek között teremt kapcsolatot a CLAUSIUS CLAPEYRON egyenlet? 57. Mit jelent a termodinamikai jellemzők konzisztenciája? 58. Mit mond ki a DALTON-törvény? Mit mond ki az AMAGAT-törvény?

17 17 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Mi a parciális nyomás, és azt a termikus állapotegyenlettel milyen térfogat segítségével számíthatjuk? ld Mi a parciális térfogat, és azt a termikus állapotegyenlettel milyen nyomás segítségével számíthatjuk?

18 18 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Hogyan számítható az ideális gázkeverék belső energiája és entalpiája a komponensek belső energiájából, illetve entalpiájából? 62. Hogyan számítható az ideális gázkeverék entrópiája a komponensek entrópiájából? Milyen állapot feltételezésével kell a komponensek entrópiáját számítani? 63. Hogyan számítható a nedves levegő entalpiája a száraz levegő és a nedvességtartalom entalpiájából? 64. Mekkora tömegre vonatkozik a nedves levegő h 1+x x diagramja? Mit jelent x? 65. Mit jelent a nedves levegő φ relatív páratartalma? 66. Mekkora a t hőmérsékletű, p nyomású telített levegőben a vízgőz parciális nyomása?

19 19 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Mit jelen a t hőmérsékletű, p nyomású, φ relatív páratartalmú levegő harmatponti hőmérséklete? 68. Rajzolja fel a nedves levegő MOLLIER -féle h 1+x x diagramját! 69. Mutassa be a nedves levegő MOLLIER -féle h 1+x x diagramjára készített vázlattal és egyenletek segítségével különböző állapotú légáramok adiabatikus összekeverését!

20 20 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Mutassa be a nedves levegő MOLLIER -féle h 1+x x diagramjára készített vázlattal és egyenletek segítségével a nedves levegőbe történő víz/gőz bekeverését!

21 21 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések Melyik állapotjelző abszolút skáláját határozza meg a termodinamika III. főtétele? 80. Mit mond ki a termodinamika III. főtétele?