Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
1
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
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
2
8. 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
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
3
13. Írja fel a dS elemi entrópia változás, a dQ elemi hőmennyiség és a T abszolút hőmérséklet közötti relációt irreverzibilis állapotváltozásra!
dLs≠0
14. 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
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
4
18. 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
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
5
21.
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
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
6
24. 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
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
7
27. Milyen jellegzetes tulajdonsággal rendelkezik a valós gáz izobárja a kritikus pontban? Válaszához készítsen vázlatot!
8 28.
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
8
Mit mond ki a megfelelő állapotok tétele?
29. Milyen anyagmodellből vezethető le az ideális gáz állapotegyenlete? Kinetikus gázmodellből
Milyen, a részecskék közötti kölcsönhatásra vezethető vissza a gáz nyomása? A részecskék milyen tulajdonságára vezethető vissza az ideális gáz hőmérséklete? Ütközésekre, a rendezetlen mozgásukból eredően. 30. 31.
32.
Ábrázolja a gömbszimmetrikus potenciálfüggvényét!
részecskék
között
ébredő
erők
33.
Milyen egyszerű modellel veszi figyelembe a van der Waals állapotegyenlet a részecskék közötti kölcsönhatásokat?
9
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
9
10 10
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
34.
Írja fel a van der Waals állapotegyenletet! Ld. 33.
35.
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-02
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. 27. 38. Hogyan számítható ki a van der Waals állapotegyenlet a és b konstansa? 37.
12 12
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
39.
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-02
42.
Milyen termodinamikai függvényeket nevezünk termodinamikai potenciáloknak?
43.
Melyik független változókkal termodinamikai potenciál a belső energia?
44. Melyik független változókkal termodinamikai potenciál az entalpia? Ld. 43. 45. Melyik független változókkal termodinamikai potenciál a szabad energia? Ld. 43. 46. Melyik független változókkal termodinamikai potenciál a szabad entalpia? Ld. 43. 47. Hogyan adódnak ki a termodinamikai potenciálok teljes differenciáljából a konjugált állapotjelzők között fennálló kapcsolatok?
14 14
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
48.
Hogyan nyerjük a konjugált állapotjelzők között fennálló egyenletekből a termodinamikai Maxwell-egyenleteket?
15 15
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
49.
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-02
52.
Mik a fázisegyensúly feltételei?
53.
Mit értünk a szabadsági fok fogalmán?
54.
Milyen összefüggés van egy tetszőleges termodinamikai komponenseinek, fázisainak és szabadsági fokainak száma között?
rendszer
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-02
59.
Mi a parciális nyomás, és azt a termikus állapotegyenlettel milyen térfogat segítségével számíthatjuk? ld. 60. Mi a parciális térfogat, és azt a termikus állapotegyenlettel milyen nyomás segítségével számíthatjuk?
60.
18 18
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
61.
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 h1+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-02
67.
Mit jelen a t hőmérsékletű, p nyomású, φ relatív páratartalmú levegő harmatponti hőmérséklete?
68.
Rajzolja fel a nedves levegő MOLLIER -féle h1+x–x diagramját!
69.
Mutassa be a nedves levegő MOLLIER -féle h1+x –x diagramjára készített vázlattal és egyenletek segítségével különböző állapotú légáramok adiabatikus összekeverését!
20 20
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
70.
Mutassa be a nedves levegő MOLLIER -féle h1+x–x diagramjára készített vázlattal és egyenletek segítségével a nedves levegőbe történő víz/gőz bekeverését!
21 21
Műszaki hőtan – Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02
71.
Melyik állapotjelző abszolút skáláját határozza meg a termodinamika III. főtétele?
80.
Mit mond ki a termodinamika III. főtétele?
