ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK. Műszaki hőtan. Szóbeli vizsgakérdések

ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK

Műszaki hőtan Szóbeli vizsgakérdések

2011

Ez a vizsgatétel gyűjtemény a

Műszaki hőtan I. (BMEGEEN3033, BMEGEENK002 és BMEGEENLK01) Műszaki hőtan II. (BMEGEEN3034, BMEGEENK003 és BMEGEENLK02) Műszaki hőtan II. (BMEGEENAEHK) Műszaki hőtan (BMEGEENESZ0) Hőtan szigorlat (BMEGEENAEHS)

tantárgyak szóbeli vizsgáin használandó

Érvényes a 2011. év december hónap 12. napjától

A szóbeli vizsga rendje A Műszaki hőtan szóbeli szigorlati és vizsgakérdések kétszintűek. Az alapszintű kérdések a továbbhaladáshoz feltétlenül szükségesnek ítélt tudásanyagot kérik számon, míg az emelt szintű kérdések a tananyag további részeit. A szóbeli vizsgák rendje ennek megfelelően a következők szerint alakul. A vizsgázó a véletlenszerűen kiválasztott tétel alapszintű kérdésének (szigorlat esetén kérdéseinek) megválaszolásával kezd. Ezen kérdésnél, ill. kérdéseknél elvárás a teljes, hibátlan és folyamatos (vizsgáztatói közbeavatkozást, segítségnyújtást nem igénylő) válaszadás. A minimálisan elvárt tudásszintet a mellékelt módszertani útmutató tartalmazza. Az alapszintű kérdés(ek) megválaszolása után a vizsgázó kérheti addigi – írásbeli és szóbeli vizsgán nyújtott együttes – teljesítménye alapján az érdemjegy megállapítását vagy továbbléphet az emelt szintű kérdések megválaszolására. Amennyiben az alapszintű kérdések megválaszolása – a vizsgáztató megítélése szerint – sikertelen (a válasz lényegi része vagy részei hiányoznak, a válasz hibás, tárgyi tévedést tartalmaz, a válaszadás során többszöri vizsgáztatói beavatkozásra volt szükség stb.), úgy a vizsgát elégtelen(1) érdemjeggyel lezárja, az emelt szintű kérdések megválaszolására nincs lehetőség. A vizsgaérdemjegy/szigorlati érdemjegy megállapítása Az írásbeli vizsgán legfeljebb 110 pont, a szóbeli vizsgán 100 pont (kiemelkedő színvonalú válaszok esetén további 7+10 pont) szerezhető. A szóbeli vizsgán az alapszintű kérdés(ek) teljes és hibátlan megválaszolásával legfeljebb 40(+7), az emelt szintű kérdés(ek) teljes és hibátlan megválaszolásával pedig legfeljebb 60(+10) pont szerezhető. A vizsgaérdemjegyet az írásbeli (írásbeli vizsga alóli mentesség esetén az évközi pontszám százalékértéke) és a szóbeli vizsga pontszámainak figyelembevételével határozzuk meg az alábbi összpontszám alapján: összpontszám  0, 4   írásbeli pontszám  0,6   szóbeli pontszám .

Az érdemjegyek a következők: – 85 pont és e felett jeles(5) – 72,5 ponttól 85 pontig jó(4) – 65 ponttól 72,5 pontig közepes(3) – 50 ponttól 65 pontig elégséges(2) – 50 pont alatt elégtelen(1). A felső ponthatár a magasabb értékű érdemjegyhez tartozik. A vizsgáztató oktató., ill. a vizsgabizottság a ponthatár ±3 pont sugarú tartományában belátása szerint dönt az érdemjegyről. Különleges szabályok A szigorlati (BMEGEENAEHS és BMEGEENESZ0) szóbeli pontozása A termodinamika és a hőközlés rész alapszintű kérdéseivel 20-20, míg az emelt szintű kérdésekkel 30-30 pont szerezhető.

TÉTELEK

I. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – A termodinamikai rendszer fogalma, a rendszer leírása, a rendszer és környezete közötti kölcsönhatások rendszere, a rendszer típusai. – Az állapot fogalma és az állapothatározók rendszere (típusok, példák). Emelt szint – A RANKINE-CLAUSIUS vízgőz körfolyamat felépítése és működése (kapcsolás, állapotdiagram, folyamatok és berendezések). – A körfolyamat mérlegei: munka és hatásfok meghatározása. – A körfolyamattal egyenértékű CARNOT-körfolyamat paramétereinek meghatározása.

HŐKÖZLÉS Alapszint – A hősugárzás főbb jellegzetességei és matematikai leírása (a STEFAN-BOLTZMANN és a PLANCK egyenlet). – A testek jellemzése hősugárzás szempontjából (a fekete, szürke és színes test értelmezése). Emelt szint – Hőcserélők méretezése a logaritmikus közepes hőmérsékletkülönbség, valamint a BOŠNJAKOVIĆ-féle hatásosság felhasználásával. – A logaritmikus közepes hőmérsékletkülönbség fizikai (matematikai) értelmezése és meghatározásának módja. – A BOŠNJAKOVIĆ-féle hatásosság fizikai (matematikai) értelmezése és meghatározásának módja.

II. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – A termodinamikai rendszer és környezete közötti energiatranszportok és jellemzőik. A munka és a hő. – A termodinamika I. főtétele nyugvó rendszerekre. A belső energia és az entalpia értelmezése. Emelt szint – A gőz-folyadék munkaközegű hűtőkörfolyamat/hőszivattyú felépítése és működése (kapcsolás, állapotdiagram, folyamatok és berendezések). – A körfolyamat mérlegei: munka és hatásosság meghatározása. – A körfolyamattal egyenértékű CARNOT-körfolyamat paramétereinek meghatározása.

HŐKÖZLÉS Alapszint – A hővezetés főbb jellegzetességei és matematikai leírása (a FOURIER egyenlet). – A hőellenállás és kontakt hőellenállás értelmezése. A hőellenállásokkal értelmezett műveletek. A hőátvitel jelensége és a hőátviteli tényező értelmezése. Emelt szint – Hőcserélőkben végbemenő folyamatok ábrázolása különféle esetekben (egyen- és ellenáramú, halmazállapot-változással járó és anélküli esetek). – A hőcserélőben végbemenő hőátviteli folyamatok differenciális mérlegegyenletei egyenés ellenáramú hőcserélőkre. – A BOŠNJAKOVIĆ-féle hatásosság NTU-tól és RC-től való függése egyen- és ellenáramú hőcserélők esetén (elvi megfontolások, a függvények jellegre helyes grafikonjai).

III. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – A körfolyamat fogalma. A termodinamika I. főtétele mozgó rendszerekre és körfolyamatokra. A rendszer teljes energiájának értelmezése. – A munkaszolgáltató és munkafelvevő körfolyamat fogalma. A termikus hatásfok és a hatásosság értelmezése. Emelt szint – A komponens, halmazállapot, fázis, szabadsági fok fogalmának értelmezése. A GIBBS-féle fázisszabály. – Az egykomponensű és többfázisú közeg p-v és T-v állapotdiagramja, valamint a p-T fázisegyensúlyi diagram. – A hármaspont (hármas állapot), valamint a kritikus pont (kritikus állapot) fogalma és jellemzői, további helyük az állapotdiagramokon. A GIBBS-féle fázisszabály értelmezése és alkalmazása ezekben az állapotokban.

HŐKÖZLÉS Alapszint – A hőátadás főbb jellegzetességei és matematikai leírása (a NEWTON és a NUSSELT egyenlet). – A hőátadás NUSSELT-féle alapegyenletének értelmezése és fizikai tartalma. Emelt szint – A hővezetés általános differenciálegyenletének (HVÁDE) származtatása, az egyenlet fizikai tartalma, kapcsolata a termodinamika főtételeivel. – A HVÁDE megoldásának lehetőségei: az alapmegoldások. Az alapmegoldás fogalma, típusai. – A hibafüggvény mint alapmegoldás: alkalmazhatóság.

IV. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – A termodinamika II. főtétele és a főtétel jelentősége. Az irreverzibilitás fogalma és az irreverzibilis folyamatok. – Az entrópia fogalma, jellemzői. A produkált és a transzportált entrópia: az entrópia forrásegyenlete. Az entrópia megváltozása a folyamatok tükrében. Emelt szint – A BRAYTON-féle gázturbina körfolyamat felépítése és működése (kapcsolás, állapotdiagram, folyamatok és berendezések). – A körfolyamat mérlegei: munka és hatásfok meghatározása. – A valós körfolyamat felépítése. Az ideális (reverzibilis) körfolyamat optimális kialakítása: maximális fajlagos munkát eredményező nyomásviszony.

HŐKÖZLÉS Alapszint – Bordák és rudak hővezetése. A borda fogalma. A borda hőmérsékleteloszlását leíró differenciálegyenlet származtatása: az elemi bordaszakasz differenciális hőmérlege. – A bordahatásfok. A borda hatásfokának függése a borda egyes jellemzőitől: hossz, anyagminőség, keresztmetszet. Emelt szint – A forrás jelensége. A forrás NUKIYAMA-féle jelleggörbéje és forrás egyes szakaszai, azok jellemzői. – A buborékképződés mechanizmusa. A forrás intenzitását meghatározó jellemzők.

V. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – Az ideális gáz és állapotváltozásai. Az ideális gáz fogalma, matematikai leírása (állapotegyenlet). Az ideális gáz belső energiája és entalpiája. – Az ideális gáz egyszerű állapotváltozásai: izochor, izobár, izotermikus és adiabatikus. Az állapotváltozások ábrázolása p–V diagramban. Az egyes állapotváltozások munkája. Emelt szint – Egy szabadon választott belsőégésű motor-körfolyamat (OTTO- vagy DIESEL-körfolyamat) felépítésének és működésének bemutatása (kapcsolás, állapotdiagram, folyamatok és berendezések). – A körfolyamat mérlegei: munka és hatásfok meghatározása. – A hatásfok kompresszióviszony-függésének bemutatása grafikusan, ill. levezetett összefüggéssel.

HŐKÖZLÉS Alapszint – A hőtani (fizikai) jelenségek hasonlóságának feltételei. A hasonlósági szám (kritérium) fogalma. – A hasonlóság alkalmazása az időben változó hővezetési feladatok megoldása során. A FOURIER- és a BIOT-féle hasonlósági kritérium származtatása és fizikai tartalma. Emelt szint – A kondenzáció jelensége. A kondenzáció NUSSELT-féle leírása (lamináris filmkondenzáció). – A kondenzátum film mozgását alakító erők. A lokális és az átlagos hőátadási tényező meghatározásának módja. A kodenzátum film differenciális mérlegegyenletei.

VI. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – Irreverzibilis folyamatok: a fojtás és a hőfokkiegyenlítődés. A folyamatok részletes bemutatása, fojtás esetén többfázisú közegre (pl. víz-vízgőz) is. – A folyamatok során fellépő entrópiaprodukció meghatározása (egyenletek) és szemléltetése (állapotdiagram). Emelt szint – Az adiabatikus állapotváltozás fogalma és részletes ismertetése. Az ideális gázra érvényes pV κ  állandó összefüggés levezetése. –

A reverzibilis és irreverzibilis adiabatikus állapotváltozás kiterjesztése valós közegekre (pl. kétfázisú víz-vízgőz) és szemléltetése p–v, valamint T–s állapotdiagramban.

HŐKÖZLÉS Alapszint – A természetes és a kényszerített áramlás összehasonlító bemutatása. A természetes és kényszerített áramlás megkülönböztetésének módja, az áramlásokat alakító erők alapján. – Az áramlásokat jellemző hasonlósági számok értelmezése, szerepük a hőátadási tényező meghatározásában. A természetes és kényszerített áramlás módozatai és ezek hatása a hőátadás intenzitására. Emelt szint – Az egyenáramú hőcserélő differenciális mérlegegyenletei. A közegek hőmérsékletváltozását leíró differenciálegyenlet levezetése. – A logaritmikus közepes hőmérsékletkülönbségre vonatkozó egyenlet levezetése.

VII. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – A belső hatásfok fogalma. Az expanziós és a kompressziós gép belső hatásfokának értelmezése. – A valós (irreverziblis) expanzió és kompresszió szemléltetése ideális gáz p–v és T–s diagramjában. A hatásfok és a fellépő entrópiaprodukció kiszámításának módja. Emelt szint – Vezesse le az ideális gáz s(T, p) és s(T, v) fajlagos entrópiafüggvényeit! Részletesen ismertesse az ideális gáz hőmérséklet-entrópia diagramjának felépítését! – Szemléltesse a különböző reverzibilis állapotváltozások (izobár, izoterm, izochor és adiabatikus) fajlagos hőforgalmát, munkáját, továbbá a fajlagos belső energia és a fajlagos entalpia megváltozását (elsősorban területtel és/vagy egyéb módon)!

HŐKÖZLÉS Alapszint – Részletesen (vázlat, egyenlet és szöveges magyarázat) mutasson be legalább három, a hővezetés általános differenciálegyenletének megoldásához alkalmazható peremfeltételt! – Mely egyenletből származtatható és hogyan (levezetés) a BIOT-féle hasonlósági kritérium? Emelt szint – Az ellenáramú hőcserélő differenciális mérlegegyenletei. A közegek hőmérsékletváltozását leíró differenciálegyenlet levezetése. – A logaritmikus közepes hőmérsékletkülönbségre vonatkozó egyenlet levezetése.

VIII. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – Mely mennyiségeket tekintünk a termodinamikában állapothatározóknak? Milyen csoportokba sorolhatók az állapothatározók és mik ezen csoportok jellegzetességei? Menynyi és milyen állapothatározóra van szükség egy rendszer egyértelmű megadásához? – Mit mond ki a termodinamika 0. főtétele? Milyen kapcsolatban áll a főtétel az állapothatározókkal? Emelt szint – Egy tetszőleges, ideális gáz munkaközegű, a vizsgáztató által megadott három állapotváltozásból álló reverzibilis körfolyamat ábrázolása különböző állapotdiagramokban! – A megadott körfolyamat állapotváltozásainak, munka és hőforgalmának részletes analízise, a körfolyamat hatásfokának legegyszerűbb formában történő felírása.

HŐKÖZLÉS Alapszint – Ismertesse a hőterjedés alapvető formáit! Milyen módon jut el a termikus energia egyik helyről a másikra az egyes hőterjedési módok során? – Írja fel a hőterjedés alapvető formáit leíró alapegyenleteket és adja meg ezen egyenletek elnevezéseit is, valamint nevesítse az egyenletben előforduló mennyiségeket és adja meg mértkegységeiket! Emelt szint – Milyen módszerek állnak rendelkezésre a két test közötti sugárzásos hőáram csökkentésére? Mik ezen módszerek jellemzői? – Mutassa be, hogy a sík felületek közé helyezett további sík lemezek hogyan befolyásolják a sugárzásos hőáramot!

IX. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – Részletesen ismertesse a termodinamika 0., I. és II. főtételét (szövegesen és egyenlettel)! – Részletesen magyarázza/értelmezze az egyes főtételek kapcsán bevezetett mennyiségeket (belső energia, entalpia, entrópia, abszolút termodinamikai hőmérséklet)! Milyen különbségek találhatók a főtételek felírása és értelmezése során eltérő (nyitott/zárt, mozgó/nyugvó) rendszerek esetén? Emelt szint – Részletesen mutassa be a többfázisú rendszerek T–s és log p–h állapotdiagramjainak felépítését! – Mutassa be ezen állapotdiagramokban az egyes reverzibilis állapotváltozások (izobár, izochor, izotermikus, adiabatikus), valamint a fojtás és az adiabatikus irreverzibilis kompressziós és expanzió menetét! – Az egyes állapotváltozások munka és hőforgalma hogyan szemléltethető e diagramokban?

HŐKÖZLÉS Alapszint – Mit nevezünk hősugárzás esetén színes testnek! Hogyan határozható meg a színes test által kisugárzott, ill. elnyelt hőáram az abszorbciós tényező α  λ  függvényének ismeretében? – Hogyan helyettesíthető egyenértékű szürke sugárzóval a színes test? Emelt szint – Oldja meg a hővezetés FOURIER-féle alapegyenletét hengeres vagy gömb alakú falra! Vázolja a falban kialakuló hőmérsékleteloszlást! Adja meg a fal hőellenállásának kiszámítására szolgáló összefüggést! – Mit nevezünk a hőszigetelés kritikus méretének? – A hővezető fal külső oldalán fellépő hőátadást figyelembe véve adja meg a hővezető fal kritikus méretét! Vezesse le az ezt megadó összefüggést!

X. TÉTEL TERMODINAMIKA

Alapszint – Milyen állapotváltozások sorozatából épül fel a CARNOT-körfolyamat? Mi a CARNOTkörfolyamat jelentősége? Ábrázolja e körfolyamatot T–s diagramban! – Mitől és hogyan függ a CARNOT-körfolyamat termikus hatásfoka? Válaszát igazolja! Emelt szint – Értelmezze a következő fogalmakat: fázis, komponens, halmazállapot, szabadsági fok, első- és másodrendű fázisátalakulás! Mit nevezünk kritikus, ill. hármas pontnak? – Mutassa be egy egykomponensű, többfázisú rendszer p–v, T–v és p–T állapot, ill. fázisegyensúlyi diagramjait! – Mit értünk metastabil állapotú közeg alatt? Hol helyezkednek el ezek az állapotok az említett állapotdiagramokban?

HŐKÖZLÉS Alapszint – Mely egyenletekből álló egyenletrendszert kell ahhoz megoldanunk, hogy az áramló közeg hőfokeloszlását megkapjuk? Mely fizikai mennyiségek között és milyen összefüggést állapítanak meg ezek az egyenletek? Milyen közelítéséket (BOUSSINESQ-közelítések) alkalmazunk az áramló közeg hőfokeloszlásának meghatározásakor? – Milyen főbb hasonlósági számok származtathatók ezekből az egyenletekből és mi ezek fizikai tartalma? Emelt szint – Oldja meg a hővezetés FOURIER-féle alapegyenletét hengeres vagy gömb alakú falra! Vázolja a falban kialakuló hőmérsékleteloszlást! Adja meg a fal hőellenállásának kiszámítására szolgáló összefüggést! – Mit nevezünk a hőszigetelés kritikus méretének? – A hővezető fal külső oldalán fellépő hőátadást figyelembe véve adja meg a hővezető fal kritikus méretét! Vezesse le az ezt megadó összefüggést!

MÓDSZERTANI ÚTMUTATÓ ALAPSZINTŰ KÖVETELMÉNYEK

MÓDSZERTANI ÉS TARTALMI ÚTMUTATÓ A MŰSZAKI HŐTAN TÁRGYCSOPORT TÁRGYAI SZÓBELI VIZSGÁINAK EGYSÉGES ÉRTÉKELÉSÉHEZ Általános elvárás, hogy a hallgató válasza (szóbeli felelete) 1. legyen folyamatos; 2. legyen gördülékeny stílusban előadott; 3. legyen tárgyi tévedéstől mentes (az első tárgyi tévedésre a vizsgáztató hívja fel a vizsgázó figyelmét és figyelmeztesse a hallgatót, hogy a következő tévedésnél a vizsga sikertelenül lezárul); 4. ne igényeljen egy-kettőnél több szakmai jellegű közbeavatkozást (a megerősítő visszajelzés, a bátorítás, a feszültségoldó, semleges témájú „csevegés”, a bővebb kifejtésre való felhívás stb. nem minősül ilyennek); 5. szükség esetén legyen ábrákkal, levezetésekkel gazdagított (ha a kérdés jellege ezt indokolttá teszi). A hallgatónak lehetősége van felelete előtt felkészülni, saját használatra írásban vázlatot készíteni. A felkészülés a 15 percet nem haladhatja. A vizsgáztató a hallgató írásos vázlatát az értékelés során nem veheti figyelembe! Az alapszintű kérdésre adott válaszadás a lehetőségekhez és a vizsgázó képességeihez mérten ne vegyen igénybe többet 6..10 percnél. A vizsgázató ugyanakkor vegye figyelembe a hallgató személyiségének sajátosságait (van aki igényel megerősítést, folyamatos párbeszédet, van aki ezt kifejezetten elutasítja). A vizsgázó válaszadásának végeztével a vizsgáztató kérdezze meg a vizsgázót, hogy befejezte-e. Határozott igen válasz esetén értékelje a választ és döntse el, hogy a szóbeli folytatható-e. Nemleges válasz esetén várja meg a befejezést, ill. a megengedett időtartam leteltét. Az alapszintű kérdésekre adott választ – elvileg – a 0..40 pont tartományban kell értékelni, azonban a kérdések jellege és a számonkért tananyag fontossága okán az értékelés a 0 értékkel vagy 35..40 tartományban történjen. A válaszra 0 pontot kell adni és a szóbeli vizsgát elégtelen(1) vizsgaeredménnyel le kell zárni, ha az alábbi feltételek közül bármelyik teljesül: – a vizsgázó a második tárgyi tévedést is elkövette; – a válaszból lényegi részek hiányoznak (lásd a tételenkénti minimumkövetelményeket); – a válaszadás időbeli hossza az alapszintű kérdés esetén már túllépett a 15 percen és még nem érte el a teljesség meghatározott minimumszintjét. A választ a 35..40 pont közötti tartományban az alábbi szempontok alapján kell értékelni: – a válaszadás stílusa (gördülékeny/akadozó); – a válaszadás logikai felépítése (egymásra épülő, logikus/csapongó); – az ábrák minősége. A vizsgáztató legfeljebb további 7 pontot adhat az előírt 40 ponton felül, ha a válaszadás során a hallgató a minimális szintet meghaladó ismeretről tett tanúbizonyságot. Ezt az értékelési módszert az emeltszintű kérdéseknél is alkalmazni kell, a következők figyelembevételével: – két tárgyi tévedés engedélyezett (a harmadiknál a vizsga sikertelenül lezárul); – három-négy szakmai jellegű segítő közbeavatkozás lehetséges; – az értékelés a 0..60 pont tartományban történik; – a válaszadásra legfeljebb 15 perc áll rendelkezésre, ennek letelte után a vizsgát értékeléssel le kell zárni; – kiemelkedő színvonalú válasz esetén a 60 ponton felül további 10 pont adható.

Részletes minimumkövetelmények I.-T-A –

A termodinamikai rendszer fogalma, a rendszer leírása, a rendszer és környezete közötti kölcsönhatások rendszere, a rendszer típusai.

–

Az állapot fogalma és az állapothatározók rendszere (típusok, példák).

A hallgató válaszában: – adjon meghatározást a termodinamikai rendszerre és környezetre; – nevesítse a rendszer és környezet között elképzelhető kölcsönhatásokat (legalább négyet a következők közül: mechanikai, termikus, kémiai, villamos, mágneses, nukleáris, gravitációs) és az ezeket megengedő, ill. meggátló faltípusokat; – adjon meghatározást a nyitott, zárt és megára hagyott (izolált vagy elszigetelt) rendszerre; – adjon meghatározást az állapot fogalmára (a rendszer pillanatnyi anyag- és energiaeloszlása); – adjon meghatározást az állapothatározóra (olyan fizikai jellemző, ami az állapot egyértékű függvénye); – adjon meghatározást az extenzív és intenzív állapothatározókra és mindegyikre legalább két-két példát. I.-H-A – A hősugárzás főbb jellegzetességei és matematikai leírása (a STEFAN-BOLTZMANN és a PLANCK egyenlet). – A testek jellemzése hősugárzás szempontjából (a fekete, szürke és színes test értelmezése). A hallgató válaszában: – adja meg a hőmérsékleti sugárzás jellemezőit (részletesen); – írja fel és értelmezze a Stefan-Boltzmann-egyenletet; – rajzolja fel a Planck-fgv. grafikonját és adjon hozzá rövid értelmező magyarázatot (görbék menete, hőm. függése, a görbe alatti terület értelmezése); – adja meg az összefüggést a S-B és a P egyenlet között; – adjon pontos meghatározást a fekete, a szürke és a színes testre, melynek során térjen ki az anyag és a sugárzás közötti lehetséges kölcsönhatásokra.

II.-T-A –

A termodinamikai rendszer és környezete közötti energiatranszportok és jellemzőik. A munka és a hő.

–

A termodinamika I. főtétele nyugvó rendszerekre. A belső energia és az entalpia értelmezése.

A hallgató válaszában: – adjon meghatározást a munkára és a hőre (transzportmennyiség, folyamat és nem állapotjellemző, nem teljes differenciál, útfüggő); – térjen ki a munkával járó kölcsönhatások (mechanikai, villamos, kémiai stb.) és a hővel járó kölcsönhatás (termikus) elkülönítésére; – érzékeltesse a különbséget a fizikai és a technikai munka között (milyen rendszerhez tartozik); – adja meg az I. főtétel megfogalmazásait nyitott, zárt és magára hagyott nyugvó rendszerekre; – adjon meghatározást a belső energiára és az entalpiára (szöveggel vagy összefüggéssel). II.-H-A – A hővezetés főbb jellegzetességei és matematikai leírása (a FOURIER egyenlet). – A hőellenállás és kontakt hőellenállás értelmezése. A hőellenállásokkal értelmezett műveletek. A hőátvitel jelensége és a hőátviteli tényező értelmezése. A hallgató válaszában: – írja le a hővezetés jelenségét, ismertesse a gázokra, folyadékokra és szilárd testekre, ezen belül a fémekre jellemző hővezetési folyamatot; – írja fel és részletesen értelmezze a Fourier egyenletet (minden részét nevesítse), adja meg a negatív előjel értelmezését; – adjon meghatározást a hőellenállásra (a konkrét esetre vonatkozó számítási összefüggés hibának számít), adja meg a hőell. mértékegységét; – mutassa meg a sorba és párhuzamosan, ill. vegyesen kapcsolt hőellenállásokból álló rendszer eredő hőellenállásának meghatározását; – ismertesse a hőátvitel (hőátadás–hővezetés–hőátadás) jelenségét (segédábra szükséges!); – mutassa meg a kapcsolatot és a hőátvitelt jellemző eredő hőellenállás és a hőátviteli tényező között.

III.-T-A –

A körfolyamat fogalma. A termodinamika I. főtétele mozgó rendszerekre és körfolyamatokra. A rendszer teljes energiájának értelmezése.

–

A munkaszolgáltató és munkafelvevő körfolyamat fogalma. A termikus hatásfok és a hatásosság értelmezése.

A hallgató válaszában: – adja meg a körfolyamat mint állapotváltozási sorozat értelmezését (állapotdiagram szükséges); – írja fel az I. főtételt mozgó rendszerekre, egyúttal értelmezze a potenciális és kinetikus energiát, adja meg a teljes energia meghatározását; – adja meg munkaszolgáltató és munkafelvevő körfolyamat értelmezést, készítsen vázlatot állapotdiagramban, szemléltesse a transzportmennyiségeket (reverzibilis, irreverziblis körfolyamat munkája, szemléltethetősége!) – adjon meghatározást a munkaszolgáltató körfolyamat termikus hatásfokára és munkafelvevő körfolyamat hatásosságára (összefüggések!, hűtőgép és hőszivattyú!) III.-H-A – A hőátadás főbb jellegzetességei és matematikai leírása (a NEWTON és a NUSSELT egyenlet). – A hőátadás NUSSELT-féle alapegyenletének értelmezése és fizikai tartalma. A hallgató válaszában: – írja le a hőátadás mint komplex hőterjedési folyamat jelenségét; – ismertesse a határréteg fogalmát (termikus és hidraulikus) és a hőátadásban betöltött jelentőségét; – jellemezze le a termikus és a hidraulikus határréteg, valamint a hőátadási tényező közötti kapcsolatot; – írja fel és részletesen értelmezze a Newton és Nusselt egyenleteket (minden részét nevesítse), – adja meg a Nusselt egyenlet fizikai értelmezését.

IV.-T-A – –

A termodinamika II. főtétele és a főtétel jelentősége. Az irreverzibilitás fogalma és az irreverzibilis folyamatok. Az entrópia fogalma, jellemzői. A produkált és a transzportált entrópia: az entrópia forrásegyenlete. Az entrópia megváltozása a folyamatok tükrében.

A hallgató válaszában: – adja meg a II. főtétel többféle (Klevin, Planck, Caratheodory, Farkas Gyula stb.) megfogalmazását egyedi és körfolyamatra; – adjon meghatározást a megfordítható és megfordíthatatlan (reverzibilis és irreverzibilis) folyamatra; – nevesítsen és jellemezen legalább három önmagában irreverzibilis folyamatot (súrlódás, hőátvitel, hőfokkiegyenlítődés, fojtás, vákuumba történő expanzió, oldódás/keveredés közül) – adja meg az entrópia definiáló egyenletét és mértékegységét; jellemezze az entrópiát mint állapothatározót (extenzív, nem megmaradó, közvetlenül nem mérhető) – írja fel az entrópia forrásegyenletét, adjon meghatározást a produkált és a transzportált entrópiára; – a rendszer és környezet összegzett entrópiaváltozásának tükrében kategorizálja a folyamatokat (reverzibilis, valós, lehetetlen). IV.-H-A – –

Bordák és rudak hővezetése. A borda fogalma. A borda hőmérsékleteloszlását leíró differenciálegyenlet származtatása: az elemi bordaszakasz differenciális hőmérlege. A bordahatásfok. A borda hatásfokának függése a borda egyes jellemzőitől: hossz, anyagminőség, keresztmetszet.

A hallgató válaszában: – adjon meghatározást a bordára (keresztmetszetéhez képest hosszú rúd, mely jellemezhető a hossz szerinti hőm. eloszlással); – írja fel a FOURIER- és a differenciális NEWTON-egyenlet felhasználásával egy elemi (dx) bordaszakasz hőmérlegét, a válasz tartalmazzon szóbeli magyarázatot; – adjon meghatározást (nem számítási összefüggést!) a bordahatásfokra; – szöveges magyarázattal kiegészített ábrákkal mutassa meg a borda hatásfokának függését a megadott mennyiségek közül legalább kettőre.

V.-T-A – –

Az ideális gáz és állapotváltozásai. Az ideális gáz fogalma, matematikai leírása (állapotegyenlet). Az ideális gáz belső energiája és entalpiája. Az ideális gáz egyszerű állapotváltozásai: izochor, izobár, izotermikus és adiabatikus. Az állapotváltozások ábrázolása p–V diagramban. Az egyes állapotváltozások munkája.

A hallgató válaszában: – adjon meghatározást az ideális gázra, adja meg az állapotegyenletét, (fajlagos) belső energiájának és (fajlagos) entalpiájának függvényét; – jellegre helyesen, a függvényalakokat megnevezve és felírva ábrázolja a felsorolt állapotváltozásokat; – minden egyes állapotváltozás esetén vezesse le a fizikai és a technikai munka kiszámítására szolgáló összefüggést; – szemléltesse a fizikai és a technikai munkát területtel minden állapotváltozás esetére.

V.-H-A – A hőtani (fizikai) jelenségek hasonlóságának feltételei. A hasonlósági szám (kritérium) fogalma. – A hasonlóság alkalmazása az időben változó hővezetési feladatok megoldása során. A FOURIER- és a BIOT-féle hasonlósági kritérium származtatása és fizikai tartalma. A hallgató válaszában: – adja meg hasonlóság négy feltételét; – adjon meghatározást a hasonlósági számra (az egyenlet dimenziótlanítása során nyert dimenziótlan mennyiségcsoport, a hasonlóság egyik feltétele ezek azonossága) – adja meg a FOURIER-szám forrását (HVÁDE), kiszámításának módját (összefüggés), fizikai tartalmát (időbeli hasonlóság, dimenziótlan idő, a tárolt és a vezetéses hő aránya) – adja meg a BIOT-szám forrását (III. fajú pf. egyenlet), kiszámításának módját (összefüggés), fizikai tartalmát (peremfeltételek hasonlósága, konvektív és konduktív hőtranszport viszonya)

VI.-T-A –

Irreverzibilis folyamatok: a fojtás és a hőfokkiegyenlítődés. A folyamatok részletes bemutatása, fojtás esetén többfázisú közegre (pl. víz-vízgőz) is.

–

A folyamatok során fellépő entrópiaprodukció meghatározása (egyenletek) és szemléltetése (állapotdiagram).

A hallgató válaszában: – részletesen mutassa be (berendezés vázlatával, állapotdiagrammal és szöveges értelmezéssel) a fojtás a és a hőfokkiegyenlítődés folyamatát; – adjon a mindennapi életből vett példákat e folyamatokra; – fojtás esetén víz-vízgőz közegre mutassa be az aláhűtött és a telített víz, továbbá a nedves és a túlhevített gőz fojtása során fellépő jelenségeket; – ideális gáz közeg esetére adja meg (vagy vezesse le) az entrópiaprodukció kiszámításának módját mindkét állapotváltozásra; – víz-vízgőz közegre szemléltesse az entrópiaprodukciót állapotdiagramban.

VI.-H-A – A természetes és a kényszerített áramlás összehasonlító bemutatása. A természetes és kényszerített áramlás megkülönböztetésének módja, az áramlásokat alakító erők alapján. – Az áramlásokat jellemző hasonlósági számok értelmezése, szerepük a hőátadási tényező meghatározásában. A természetes és kényszerített áramlás módozatai és ezek hatása a hőátadás intenzitására. A hallgató válaszában: – adja meg a kétfajta áramlás jellegzetességeit és megkülönböztetésük módját; – mutassa be, hogy mely áramlások esetén mely erők dominálnak; – definiálja a természetes és a kényszerített áramláshoz kapcsolódó hasonlósági számokat és azok fizikai tartalmát; – jellemezze a természetes (határolt/határolatlan térben történő), valamint a kényszerített (csatornában, test mellett, ill. test körül végbemenő) áramlásokat; – röviden utaljon a határréteg szerepére (különös tekintettel a természetes áramlásra); – mutassa be, hogy a geometriai és hőmérsékleti körülmények hogyan befolyásolják a hőátadás intenzitását (a hőátadási tényező nagyságát).

VII.-T-A – –

A belső hatásfok fogalma. Az expanziós és a kompressziós gép belső hatásfokának értelmezése. A valós (irreverziblis) expanzió és kompresszió szemléltetése ideális gáz p–v és T–s diagramjában. A hatásfok és a fellépő entrópiaprodukció kiszámításának módja.

A hallgató válaszában: – adja meg a belső hatásfok értelmezését, az eltéréseket, az értelmezés módját kiemelve a körfolyamati hatásfokkal szemben; – magyarázza meg, hogy a valós gépek miért nem 100% hatásfokúak, milyen folyamatok húzódnak meg a háttérben; – részletesen szemléltesse és magyarázza a turbina és a kompresszor belső hatásfokát, mutasson rá a két hatásfok meghatározása közötti különbségekre; – mutassa meg a kompresszorban és a turbinában fellépő entrópiaprodukció kiszámításának módját.

VII.-H-A – Részletesen (vázlat, egyenlet és szöveges magyarázat) mutasson be legalább három, a hővezetés általános differenciálegyenletének megoldásához alkalmazható peremfeltételt! – Mely egyenletből származtatható és hogyan (levezetés) a BIOT-féle hasonlósági kritérium? A hallgató válaszában: – részletesen mutassa be az elsőfajú (Dirichlet-), a másodfajú (Neumann-féle) és a harmadfajú, mint általánosan használt peremfeltételeket; – opcionális lehetőségként bemutathatja (pluszpontért) a szilárd felületek érintkezését, a sugárzás figyelembevételét lehetővé tevő peremfeltételeket; – minden peremfeltételt ábrával, differenciálegyenlettel és szöveges magyarázattal mutasson be; – a harmadfajú peremfeltételt dimenziótlanítva vezesse be a Biot-féle a hasonlósági kritériumot.

VIII.-T-A –

–

Mely mennyiségeket tekintünk a termodinamikában állapothatározóknak? Milyen csoportokba sorolhatók az állapothatározók és mik ezen csoportok jellegzetességei? Mennyi és milyen állapothatározóra van szükség egy rendszer egyértelmű megadásához? Mit mond ki a termodinamika 0. főtétele? Milyen kapcsolatban áll a főtétel az állapothatározókkal?

A hallgató válaszában: – adja meg az állapothatározók (extenzív, intenzív és fajlagos extenzív), valamint az állapottól függő anyagjellemzők (fázisjellemzők) pontos meghatározását és ismérveit; – térjen ki az extenzív állapothatározók additív és megmaradási tulajdonságaira és ezekre adjon példákat; – adjon általános szabályt a rendszerek egyértelmű megadásához szükséges számú és típusú állapothatározókról; – mutassa be a kapcsolatot az egyensúly (0. főtétel) és az intenzív állapotjelzők között; – adja meg a 0. főtétel egy rendszerre és kölcsönhatásban álló rendszerekre vonatkozó megfogalmazását.

VIII.-H-A – Ismertesse a hőterjedés alapvető formáit! Milyen módon jut el a termikus energia egyik helyről a másikra az egyes hőterjedési módok során? – Írja fel a hőterjedés alapvető formáit leíró alapegyenleteket és adja meg ezen egyenletek elnevezéseit is, valamint nevesítse az egyenletben előforduló mennyiségeket és adja meg mértkegységeiket! A hallgató válaszában: – részletesen ismertesse a hőterjedési módokat, különös tekintettel a mikrorészecskék és mikrostruktúrák, valamint az elektromágneses hullámok szerepét illetően; – elemezze a hőterjedési módokat a közvetítő közeg szükségessége szempontjából; – írja fel az egyes hőterjedési módokhoz tartozó alapegyenleteket (jellemzően a hőáramra vagy hőáramsűrűségre vonatkozókat); – adja meg az egyenletekben szereplő valamennyi mennyiség megnevezését és mértékegységét; – végezze el a felírt egyenletek dimenzióanalízisét.

IX.-T-A – –

Részletesen ismertesse a termodinamika 0., I. és II. főtételét (szövegesen és egyenlettel)! Részletesen magyarázza/értelmezze az egyes főtételek kapcsán bevezetett mennyiségeket (belső energia, entalpia, entrópia, abszolút termodinamikai hőmérséklet)! Milyen különbségek találhatók a főtételek felírása és értelmezése során eltérő (nyitott/zárt, mozgó/nyugvó) rendszerek esetén?

A hallgató válaszában: – rövid szöveges formában, a lényeget kiemelve adja meg a termodinamika három főtételét; – amely főtételek felírhatók egyenletekkel (lényegében az I. és II.), ott a megfelelő egyenleteket is írja fel; – az egyenletek felírásánál – ahol szükséges – különítse le a nyitott és zárt, továbbá a mozgó és nyugvó rendszereket; – a felírt egyenletekben – ahol szükséges – szerepeltesse a mozgó rendszerekre vonatkozó mennyiségeket; – adjon pontos meghatározást a kérdésben felsorolt mennyiségekre és adja meg a mértékegységeket is.

IX.-H-A – Mit nevezünk hősugárzás esetén színes testnek! Hogyan határozható meg a színes test által kisugárzott, ill. elnyelt hőáram az abszorbciós tényező α  λ  függvényének ismeretében? –

Hogyan helyettesíthető egyenértékű szürke sugárzóval a színes test?

A hallgató válaszában: – adjon meghatározást a színes testre, válaszát diagramokkal szemléltesse (pl. abszorbciós tényező, kisugárzott teljesítménysűrűség stb.) – adjon formális összefüggést a kisugárzott és elnyelt energia meghatározásának módjára, emelje ki az eltéréseket a fekete testre vonatkozó összefüggésekhez képest, – a fekete test sugárzási függvényének felhasználásával mutassa meg az egyenértékű (átlagos) abszorbciós, ill. emissziós tényező meghatározásának módját.

X.-T-A – –

Milyen állapotváltozások sorozatából épül fel a CARNOT-körfolyamat? Mi a CARNOT-körfolyamat jelentősége? Ábrázolja e körfolyamatot T–s diagramban! Mitől és hogyan függ a CARNOT-körfolyamat termikus hatásfoka? Válaszát igazolja!

A hallgató válaszában: – adja meg a körfolyamatot alkotó állapotváltozásokat azok lejátszódásának sorrendjébe; – ismertesse a körfolyamat termodinamikában betöltött szerepét (összehasonlítási alap), hatásfokára vonatkozó tudnivalókat; – ábrázolja a körfolyamatot felépítő állapotváltozásokat a megadott diagramban, szemléltesse a munka és hőforgalmat; – vezesse le a körfolyamat hatásfokának meghatározására szolgáló összefüggést.

X.-H-A – Mely egyenletekből álló egyenletrendszert kell ahhoz megoldanunk, hogy az áramló közeg hőfokeloszlását megkapjuk? Mely fizikai mennyiségek között és milyen összefüggést állapítanak meg ezek az egyenletek? Milyen közelítéséket (BOUSSINESQ-közelítések) alkalmazunk az áramló közeg hőfokeloszlásának meghatározásakor? – Milyen főbb hasonlósági számok származtathatók ezekből az egyenletekből és mi ezek fizikai tartalma? A hallgató válaszában: – nevesítse a szükséges egyenleteket és adja meg azok fizikai tartalmát (mely természeti [megmaradási] törvényt fejezik ki; – az egyes egyenletek kapcsán részletezze a fontosabb információkat (pl. a NAVIER-STOKESegyenlet esetén azt, hogy milyen erőket vesz figyelembe); – a közelítések közül legalább négyet említsen meg; – a levezethető hasonlósági számok közül legalább hármat említsen névvel és hozzá kapcsolódó fizikai tartalommal a származási egyenletet is megemlítve.