Käytetään lopuksi ideaalikaasun tilanyhtälöä muutoksille 1-2 ja 3-1. Muutos 1-2 on isokorinen, joten tilanyhtälöstä saadaan ( p2 / p1) = ( T2 / T1)



Samankaltaiset tiedostot
Kaasu 2-atominen. Rotaatio ja translaatiovapausasteet virittyneet (f=5) c. 5 Ideaalikaasun tilanyhtälöstä saadaan kaasun moolimäärä: 3

Integroimalla ja käyttämällä lopuksi tilanyhtälöä saadaan T ( ) ( ) H 5,0 10 J + 2,0 10 0,50 1,0 10 0,80 Pa m 70 kj

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

VIII KIERTOPROSESSIT JA TERMODYNAAMISET KONEET 196

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta. Laaditaan taulukko monisteen esimerkin 3.1. tapaan ( nj njk Pk

Oletetaan kaasu ideaalikaasuksi ja sovelletaan Daltonin lakia. Kumpikin seoksen kaasu toteuttaa erikseen ideaalikaasun tilanyhtälön:

1. Laske ideaalikaasun tilavuuden lämpötilakerroin (1/V)(dV/dT) p ja isoterminen kokoonpuristuvuus (1/V)(dV/dp) T.

ln2, missä ν = 1mol. ja lopuksi kaasun saama lämpömäärä I pääsäännön perusteella.

P = kv. (a) Kaasun lämpötila saadaan ideaalikaasun tilanyhtälön avulla, PV = nrt

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,

T H V 2. Kuva 1: Stirling kiertoprosessi. Ideaalisen Stirlingin koneen sykli koostuu neljästä osaprosessista (kts. kuva 1):

η = = = 1, S , Fysiikka III (Sf) 2. välikoe

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta

Ensimmäinen pääsääntö

V T p pv T pv T. V p V p p V p p. V p p V p

Molaariset ominaislämpökapasiteetit

. Veden entropiamuutos lasketaan isobaariselle prosessille yhtälöstä

Entalpia - kuvaa aineen lämpösisältöä - tarvitaan lämpötasetarkasteluissa (usein tärkeämpi kuin sisäenergia)

LHSf5-1* Osoita, että van der Waalsin kaasun tilavuuden lämpötilakerroin on 2 γ = ( ) RV V b T 2 RTV 2 a V b. m m ( ) m m. = 1.

Ideaalikaasulaki. Ideaalikaasulaki on esimerkki tilanyhtälöstä, systeemi on nyt tietty määrä (kuvitteellista) kaasua

Termodynamiikka. Fysiikka III Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

Ch 19-1&2 Lämpö ja sisäenergia

Termodynamiikka. Termodynamiikka on outo teoria. Siihen kuuluvat keskeisinä: Systeemit Tilanmuuttujat Tilanyhtälöt. ...jotka ovat kaikki abstraktioita

Vauhti = nopeuden itseisarvo. Nopeuden itseisarvon keskiarvo N:lle hiukkaselle määritellään yhtälöllä

Luku 20. Kertausta: Termodynamiikan 2. pääsääntö Lämpövoimakoneen hyötysuhde

Ohjeellinen pituus: 2 3 sivua. Vastaa joko tehtävään 2 tai 3

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

6-1 Hyötysuhde ja tehokerroin

2 Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö (First Law of Thermodynamics)

n = = RT S Tentti

Luku6 Tilanyhtälö. Ideaalikaasun N V. Yleinen aineen. paine vakio. tilavuus vakio

VII LÄMPÖOPIN ENSIMMÄINEN PÄÄSÄÄNTÖ

IX TOINEN PÄÄSÄÄNTÖ JA ENTROPIA...208

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

LH9-1 Eräässä prosessissa kaasu laajenee tilavuudesta V1 = 3,00 m 3 tilavuuteen V2 = 4,00 m3. Sen paine riippuu tilavuudesta yhtälön.

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 7 /

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Termodynaamiset syklit Todelliset tehosyklit

Clausiuksen epäyhtälö

Oikeasta vastauksesta (1p): Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

PHYS-A0120 Termodynamiikka. Emppu Salonen

Teddy 1. välikoe kevät 2008

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

X JOULEN JA THOMSONIN ILMIÖ...226

Luento 4. Termodynamiikka Termodynaamiset prosessit ja 1. pääsääntö Entropia ja 2. pääsääntö Termodynaamiset potentiaalit

Mekaaninen energia. Energian säilymislaki Työ, teho, hyötysuhde Mekaaninen energia Sisäenergia Lämpö = siirtyvää energiaa. Suppea energian määritelmä:

S FYSIIKKA III (ES) Syksy 2004, LH 10. Ratkaisut

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

energian), systeemi on eristetty (engl. isolated). Tällöin sekä systeemiin siirtynyt

Oikeat vastaukset: Tehtävän tarkkuus on kolme numeroa. Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

I PERUSKÄSITTEITÄ JA MÄÄRITELMIÄ

- Termodynamiikka kuvaa energian siirtoa ( dynamiikkaa ) systeemin sisällä tai systeemien kesken (vrt. klassinen dynamiikka: kappaleiden liike)

1. van der Waalsin tilanyhtälö: 2 V m RT. + b2. ja C = b2. Kun T = 273 K niin B = cm 3 /mol ja C = 1200 cm 6 mol 2

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

0 C lämpötilaan antaa 836 kj. Lopputuloksena on siis vettä lämpötilassa, joka on suurempi kuin 0 0 C.

Luku 4 SULJETTUJEN SYSTEEMIEN ENERGIA- ANALYYSI

b g / / / / H G I K J =. S Fysiikka (ES) Tentti

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH

2. Termodynamiikan perusteet

= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa

Palautus yhtenä tiedostona PDF-muodossa viimeistään torstaina

1 Clausiuksen epäyhtälö

DEE Kryogeniikka

Muita lämpökoneita. matalammasta lämpötilasta korkeampaan. Jäähdytyksen tehokerroin: Lämmityksen lämpökerroin:

Luentomoniste II. Internal Combustion Engines Oulu University Department of Mechanical Engineering Mauri Haataja 2016

Kryogeniikan termodynamiikkaa DEE Kryogeniikka Risto Mikkonen 1

CHEM-A1110 Virtaukset ja reaktorit. Laskuharjoitus 9/2016. Energiataseet

VI TILANYHTÄLÖ

13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )

KOE 3, A-OSIO Agroteknologia Agroteknologian pääsykokeessa saa olla mukana kaavakokoelma

ν = S Fysiikka III (ES) Tentti Ratkaisut

m h = Q l h 8380 J = J kg 1 0, kg Muodostuneen höyryn osuus alkuperäisestä vesimäärästä on m h m 0,200 kg = 0,

Peruslaskutehtävät fy2 lämpöoppi kurssille


ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 9 /

Ekvipartitioteoreema. Entropia MB-jakaumassa. Entropia tilastollisessa mekaniikassa

Ekvipartitioteoreema

Tehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: b) 0 e x + 1

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Venymälle isotermisessä tilanmuutoksessa saadaan dl = α LdT + df = df AE AE Ulkoisen voiman tekemä työ saadaan integroimalla δ W = FdL :

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

Harvan kaasun sisäenergia ja lämpökapasiteetit

TERMODYNAMIIKAN KURSSIN FYS 2 KURS- SIKOKEEN RATKAISUT

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Ilman suhteellinen kosteus saadaan, kun ilmassa olevan vesihöyryn osapaine jaetaan samaa lämpötilaa vastaavalla kylläisen vesihöyryn paineella:

KIINTEÄN AINEEN JA NESTEEN TILANYHTÄLÖT

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

Valitse seuraavista joko tehtävä 1 tai 2

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

Lämpöopin pääsäännöt

SMG-4200 Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto Ehdotukset harjoituksen 6 ratkaisuiksi

Spontaanissa prosessissa Energian jakautuminen eri vapausasteiden kesken lisääntyy Energia ja materia tulevat epäjärjestyneemmäksi

FY9 Fysiikan kokonaiskuva

Transkriptio:

LH0- Lämövoimakoneen kiertorosessin vaiheet ovat: a) Isokorinen aineen kasvu arvosta arvoon 2, b) adiabaattinen laajeneminen, jolloin aine laskee takaisin arvoon ja tilavuus kasvaa arvoon 3 ja c) isobaarinen uristus tilavuuden ienentyessä takaisin arvoon iirrä kuva ja osoita, että hyötysuhde on h = - adiaabaattivakio Kaasu oletetaan ideaalikaasuksi 2 2 / - / - 3 2, missä on Kaasu saa lämöä muutoksessa -2 rosessi on isokorinen, joten kaasun saama lämömäärä on = n ( 2 -) 3 v v 2 Muutos 2-3 on adiabaattinen, joten 23 = 0 Kaasu luovuttaa lämöä alemaan lämövarastoon muutoksessa 3-, joka on isobaarinen Kaasun luovuttama lämömäärä on = n ( - ) 3 Huomaa itseisarvomerkki Kaasu luovuttaa lämöä, joten on neatiivinen Hyötysuhde määritellään lämövoimakoneelle yhtälöllä h = W = - = -, missä käytettiin myös enerian säilymislakia Sijoitetaan tähän lämömäärät ja muistetaan, että adibaattivakiolle ätee = / 6 3- h = - = - 2-3/ - 2 / - 6 Käytetään louksi ideaalikaasun tilanyhtälöä muutoksille -2 ja 3- Muutos -2 on isokorinen, joten tilanyhtälöstä saadaan ( 2 / ) = ( 2 / ) Muutos 3- on isobaarinen, joten vastaavasti tilanyhtälöstä ( 3/ ) = ( 3/ ) Kun nämä sijoitetaan edellä olevaan yhtälöön saadaan kaivattu tulos

LH0-2 Määritä kuvan mukaisessa ideaalikaasun kiertorosessissa vaihe - on adiabaattinen, = 5 ja / = 5/ 3 Laske a) lämötilat ja lämötilan avulla ja b) rosessin hyötysuhde Siirtymä on isokoorinen joten =, josta saadaan ideaalikaasun tilanyhtälön avulla nr nr = Ã = =5 () rosessi on adiabaattinen, joten = missä = / = 5/ 3 (2) oisaalta = ja =, ja ideaalikaasun tilanyhtälöiden avulla saadaan R = n R ja = n Sijoittamalla yhtälöön (2) saadaan = Ratkaisemalla saadaan: = / 26, (vakiot suistettu ois) (3) Hyötysuhde määritellään systeemin tekemän nettotyön suhteena systeemin ottamaan lämömäärään: W - h = = y 6 6 6 n - -n - = n - = - - 6-5 3 6 033 (4) htälössä (4) käytettiin lämövoimakoneen hyötysuhteen määritelmää, enerian säilymislakia ja louksi iskoorisen ja isobaarisen rosessien ominaislämöjen välistä yhteyttä LH0-3 arnot rosessin työaineena on 000 moolia yksiatomista ideaalikaasua Kaasun tilavuus kaksinkertaistuu isotermisen laajenemisvaiheen aikana diabaattisen

laajenemisvaiheen aikana tilavuus kasvaa edelleen 5,7 kertaiseksi hden kierroksen aikana kaasu tekee työtä 900 kj Mitkä ovat ylemmän ja alemman lämövaraston lämötilat? diabaattiselle laajenemiselle 2-3 ätee γ γ 2 = 3 ksiatomiselle kaasulle = + ( 2/ f ) = 5/ 3 ehtävän mukaan = 57, 3 2 6 Isotermiselle laajenemiselle -2 ätee - Ratkaisemalla = 5, 7 = 39, Kiertorosessin aikana tehdylle työlle saadaan (ks luentomoniste) W = nr( - )ln 2 = 2, 9nRln2 = 900kJ lemmaksi lämötilaksi saadaan sijoittamalla numeroarvot = 900kJ = 7, 3 K 2, 9 000mol Rln2 ja ylemmäksi lämötilaksi / = 2 2 = 39, = 227, 7K

LH0-4 Jääkaain sisälämötila on 5 0 ja huoneilman lämötila 20 0 Jääkaaiin huoneilmasta virtaava lämömäärä on vuorokaudessa 30, 0 0 6 J Jääkaai erustuu käänteiseen arnot'n koneeseen Jos kone saavuttaa 60% teoreettisesta tehokertoimesta, niin mikä on kaain ottama sähköteho? lemmän lämövaraston lämötila on = 2935 K ja alemman lämövaraston = 278 5 K Käänteisessä arnot rosessissa kaikki kaasun saamat lämömäärät ja työt vaihtavat etumerkkinsä kiertosuunnan vaihtuessa Siis nyt alemmasta lämövarastosta otetaan lämöeneriaa ja sitä luovutetaan ylemään lämövarastoon märistö tekee työtä W ext > 0, joten kaasun tekemä työ W < 0 Kone toimii siis lämöumuna Käänteistä arnot rosessia toteuttavan lämöumun tehokerroin määritellään siis (systeemin ylemään lämövarastoon luovuttaman lämmön suhde ymäristön tekemään työhön) ε L = = = = W η c astaavasti jäähdytyskoneen tehokerroin määritellään systeemin alemmasta lämövarastosta ottaman lämmön suhteena ymäristön tekemään työhön ε J = = = = ( εl ) = 8,5 W odellinen tehokerroin on 60 % tästä arvosta eli, Lämövuoto on 30,0MJ, joten tarvittava sähkön määrä on E= 30,0 MJ/, = 2,7MJ arvittava teho on siis 27, MJ = 24 60 60 s = 3 W

LH0-5 Omakotitalon sisätilojen lämmittämiseen tarvitaan lämöumua Lämöhäviöistä johtuva keskimääräinen lämmönkulutus on talvella 600 MJ vuorokaudessa Laske kuinka suuren tehon lämöumun sähkömoottori tarvitsee vähintään kun talon sisällä idetään 8 0 lämötila ja lämö otetaan järvestä, jossa veden lämötila on 0 0 Lämöumun tehokerroin on 55% ideaalisen käänteisen arnot rosessin tehokertoimesta Lasketaan tarvittava lämöteho 600MJ = = 694, kw 24h arvittava sähköteho on E = / e missä e on lämöumun tehokerroin, joka on 55 % arnot rosessia toteuttavan lämöumun tehokertoimesta: e = 0 55 = 8, 896 - Sähkömoottorin tehoksi saadaan siis E = 776 W