Thermodynamica 1: oefenopgaven en tentamenvragen

De eerste hoofdwet, ideale gassen, energiebalansen en de grenzen die de tweede hoofdwet stelt aan warmtemotoren, koelmachines en warmtepompen. De meeste fouten op het tentamen komen door eenheden en temperaturen, niet door de natuurkunde.

Oefen dit vak gratisDit vak oefenenMaak een proeftentamenElke dag 5 gratis opgaven. Geen creditcard nodig.

Samenvattingspakket (pdf)Formuleoverzichten, methodestappen en oefenopgaven met volledige oplossingen, klaar om af te drukken.

Onderwerpen in dit vak

  1. Ideale gaswetP uit n, V, T · uit massa · toestandsverandering of dichtheidrekenopgaven
  2. Energiebalanseen stroom verwarmen · warmtewisselaar · warmtewisselaar met warmteverliesrekenopgaven
  3. Warmtemotoren en koelmachineseerste hoofdwet van een cyclus · Carnotgrens · koelkasten en warmtepompenrekenopgaven
  4. GaskringprocessenOtto-kringproces · Diesel-kringproces · Brayton-kringprocesrekenopgaven

Tentamentips voor Thermodynamica 1

  • Gebruik absolute temperaturen (K) in de gaswetten en in elke formule voor Carnot of COP.
  • Schrijf de energiebalans eerst in woorden op: wat erin gaat min wat eruit gaat is gelijk aan de verandering.
  • Tussen dezelfde twee temperaturen is de COP van een warmtepomp altijd precies 1 hoger dan die van een koelmachine.

Uitgewerkte voorbeelden

Ideale gaswetMakkelijk
n = 5 molV = 15 LT = 30 °CP = ?

Een stijve tank bevat een ideaal gas. Vind de druk P.

n = 5 molV = 15 LT = 30 °CR = 8,314 J/(mol·K)

Gevraagd: P (kPa)

Hints tonen
  1. Gebruik PV = nRT met de absolute temperatuur (K).
  2. Eenheden: met V in m³ en R = 8,314 komt P uit in Pa. 1 L = 0,001 m³.
  3. T = 303,1 K.
Toon het antwoord en de stapsgewijze oplossing

Ideale gaswet: PV = nRT, met absolute temperatuur (K) en eenheden die bij R passen.

Reken de eenheden om

T = 30 + 273,15 = 303,1 K
V = 15 L = 0,015 m³

Ideale gaswet

P = nRT/V = 5·8,314·303,1/0,015 = 840130 Pa = 840,1 kPa

Antwoord

P = 840,1 kPa
EnergiebalansGemiddeld
warme kantkoude kantglycolmengsel · 150 °C120 °Cwater · 15 °Ct = ? °C

Warme glycolmengsel koelt water in een tegenstroomwarmtewisselaar zonder warmteverlies. Vind de uittredetemperatuur van het water tout.

ṁh = 1 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C

Gevraagd: tout (°C)

Hints tonen
  1. De warmte die de warme stroom afgeeft, is gelijk aan de warmte die de koude stroom opneemt.
  2. Vind Q eerst aan de warme kant, want daar ken je beide temperaturen.
  3. Q = 108 kW.
Toon het antwoord en de stapsgewijze oplossing

Energiebalans van de warmtewisselaar: zonder verliezen geldt ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Warmte afgegeven door de warme stroom

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Warmte opgenomen door het water

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 108/(1·4,18) = 40,84 °C

Antwoord

tout = 40,84 °C

Zo werkt het oefenen

  • “Dit vak oefenen” mengt opgaven uit al zijn onderwerpen, net als een echt tentamen.
  • Elke opgave heeft nieuwe waarden, zodat je de methode leert in plaats van een antwoord.
  • Kom je vast te zitten? Open eerst een kleine hint en de volledige uitleg pas als je die nodig hebt.
  • Proeftentamens zijn getimed en hebben geen hints, en aan het eind krijg je je score en een volledige bespreking.

Calculators voor dit vak

Calculator voor Carnotrendement en COPCalculator voor de ideale gaswetCalculator voor het rendement van Otto- en Brayton-kringprocessenCalculator voor de gecombineerde gaswet (Boyle, Charles en Gay-Lussac)

Gerelateerde vakken

Natuurkunde voor ingenieursOefenen voor het FE Mechanical-examenMassa- en energiebalansenOefenen voor het FE Chemical-examenAlgemene chemieStaticaSterkteleerDynamica
Oefen dit vak gratisDit vak oefenenMaak een proeftentamenElke dag 5 gratis opgaven. Geen creditcard nodig.