Termodynamika 1: zadania i pytania egzaminacyjne

Pierwsza zasada, gazy doskonałe, bilanse energii i ograniczenia wynikające z drugiej zasady dla silników cieplnych, chłodziarek i pomp ciepła. Większość błędów na egzaminie wynika z jednostek i temperatur, a nie z fizyki.

Ćwicz ten przedmiot za darmoĆwicz ten przedmiotNapisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.

Zestaw na powtórkę (PDF)Wzory, kroki metod i zadania z pełnymi rozwiązaniami, gotowe do wydruku.

Tematy w tym przedmiocie

  1. Równanie stanu gazu doskonałegoP z n, V, T · z masy · zmiana stanu lub gęstośćobliczenia
  2. Bilans energiipodgrzewanie strumienia · wymiennik ciepła · wymiennik ze stratami ciepłaobliczenia
  3. Silniki cieplne i chłodziarkipierwsza zasada dla cyklu · granica Carnota · chłodziarki i pompy ciepłaobliczenia
  4. Obiegi silników cieplnych gazowychobieg Otto · obieg Diesla · obieg Braytonaobliczenia

Wskazówki egzaminacyjne: Termodynamika 1

  • Używaj temperatur bezwzględnych (K) w prawach gazowych i w każdym wzorze Carnota lub na COP.
  • Najpierw zapisz bilans energii słowami: to, co wchodzi, minus to, co wychodzi, równa się zmianie.
  • Między tymi samymi dwiema temperaturami COP pompy ciepła jest zawsze dokładnie o 1 większy niż COP chłodziarki.

Przykłady z rozwiązaniami

Równanie stanu gazu doskonałegoŁatwy
n = 5 molV = 15 LT = 30 °CP = ?

Sztywny zbiornik zawiera gaz doskonały. Wyznacz jego ciśnienie P.

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

Oblicz P (kPa)

Pokaż podpowiedzi
  1. Użyj PV = nRT z temperaturą bezwzględną (K).
  2. Jednostki: przy V w m³ i R = 8,314 wynik P jest w Pa. 1 L = 0,001 m³.
  3. T = 303,1 K.
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Równanie stanu gazu doskonałego: PV = nRT, z temperaturą bezwzględną (K) i jednostkami zgodnymi z R.

Przelicz jednostki

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

Równanie stanu gazu doskonałego

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

Odpowiedź

P = 840,1 kPa
Bilans energiiŚredni
strona gorącastrona zimnamieszanina glikolu · 150 °C120 °Cwoda · 15 °Ct = ? °C

Gorący czynnik (mieszanina glikolu) chłodzi wodę w przeciwprądowym wymienniku ciepła bez strat. Wyznacz temperaturę wody na wylocie 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

Oblicz tout (°C)

Pokaż podpowiedzi
  1. Ciepło oddane przez strumień gorący równa się ciepłu przejętemu przez strumień zimny.
  2. Najpierw wyznacz Q po stronie gorącej, bo znasz obie jej temperatury.
  3. Q = 108 kW.
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Bilans energii wymiennika: bez strat ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Ciepło oddane przez strumień gorący

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Ciepło przejęte przez wodę

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

Odpowiedź

tout = 40,84 °C

Jak wygląda ćwiczenie

  • „Ćwicz ten przedmiot” miesza zadania ze wszystkich jego tematów, jak na prawdziwym egzaminie.
  • Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi.
  • Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.
  • Egzaminy próbne są mierzone czasem i nie mają podpowiedzi, a na końcu dostajesz wynik i pełne omówienie.

Kalkulatory do tego kursu

Kalkulator sprawności Carnota i COPKalkulator równania stanu gazu doskonałegoKalkulator sprawności obiegu Otto i BraytonaKalkulator połączonego prawa gazowego (Boyle’a, Charles’a i Gay-Lussaca)

Powiązane przedmioty

Fizyka dla inżynierówPrzygotowanie do egzaminu FE MechanicalBilanse masy i energiiPrzygotowanie do egzaminu FE ChemicalChemia ogólnaStatykaWytrzymałość materiałówDynamika
Ćwicz ten przedmiot za darmoĆwicz ten przedmiotNapisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.