Kvárik Tamás 2002/2003 tavaszi félév

Hőtan 1 Alapkérdések

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és zárt termodinamikai rendszer? A TDR az anyagi valóság egy általunk kiválasztott szempont, vagy szempontrendszer szerint elhatárolt része.

Zárt TDR: a tömeg kölcsönhatás kivételével minden más, energia jellegű kölcsönhatást megengedhet

Nyitott TDR: az előzőeken túl a tömeg kölcsönhatást is megengedi

2. Osztályozza a termodinamikai rendszereket határoló falakat azok tulajdonságai alapján. Merev fal/deformálódó fal: mechanikai kölcsönhatással szemben szigetelt/nem szigetelt

Diatermikus/adiatermikus fal: hőhatás számára átjárható/nem átjárható

Áteresztő/nem áteresztő/félig áteresztő fal: minden anyagot átenged/semmilyen anyagot nem enged át/bizonyos anyagokat átenged, a többit nem

Adiabatikus fal: sem anyagot, sem hőt nem enged át (nem áteresztő, adiatermikus)Elszigetelő fal: semmilyen kölcsönhatás számára nem átjárhatóSzigetelő/nem szigetelő: elektromos és (vagy) mágneses kölcsönhatásokra nézve

3. Miben különbözik egymástól az aditermikus és az adiabatikus fal? adiatermikus fal, mely megakadályozza a hőhatás formájában jelentkező (termikus) kölcsönhatást, az adiabatikus fal csak mechanikai kölcsönhatást engedélyez!

4. Milyen kölcsönhatás lehet a magára hagyott rendszer és a környezete között?A magára hagyott rendszer és a környezet között semmilyen kölcsönhatás nem lehet.

5. A zárt TDR alább felsorolt tul.-i közül melyek változhatnak egy folyamat során? A rendszerhatárok, a rendszer energiája, a rendszer állapota változik.

6. A zárt termodinamikai rendszert határoló fal milyen lehet?Csak át nem eresztő lehet.

7. A nyitott termodinamikai rendszert határoló fal milyen lehet? Csak áteresztő és félig áteresztő fal lehet.

8. A stacionárius, nyitott TDR alább felsorolt tul.-i közül melyek változhatnak egy folyamat során?A rendszerhatár mérete és alakja változik.

9. A magára hagyott, egyensúlyban lévő termodinamikai rendszer alább felsorolt tulajdonságai közül melyek változhatnak egy folyamat során?

A rendszerhatár mérete, a rendszerhatár alakja, a rendszer állapota változhat.

10. Milyen feltételek teljesülése esetén stacionárius (állandósult állapotú) a nyitott rendszer?Amennyiben egy nyitott rendszer esetében:

a rendszerbe belépő és onnan távozó anyagáram az időben állandó értékű,a belépő és távozó anyagáramok értékei egymással minden időpillanatban megegyeznek, azaz a rendszerben lévő anyag mennyisége az időben állandó,

a belépő és távozó anyagáramok állapotjelzői az időben állandó értékűek,a rendszer és környezet közötti kölcsönhatások az időben állandók, valaminta rendszeren belüli kölcsönhatások az időben állandókstacionárius vagy állandósult nyitott rendszerről beszélünk

11. Miből állapitható meg hogy egy magára hagyott termodinamikai rendszer egyensúlyban van-e? Ha benne semmilyen makroszkopikus változás nem észlelhető, ebben az esetben az intenzív állapotjelzők a rendszeren belül homogén eloszlásúak

12. Milyen körülmények között lehet egy, a környezetétől nem minden kölcsönhatással szemben elszigetelt rendszer egyensúlyban?Ha két vagy több egyensúlyban lévő termodinamikai rendszer egymással kölcsönhatásban van, vagyis nincsenek egymástól minden kölcsönhatással szemben elszigetelve, akkor a vizsgált rendszereknek annyi olyan, minden rendszerben azonos értékű intenzív tulajdonsága van, mint ahány kölcsönhatással szemben a határoló falak átjárhatók.

13. Mit mondd ki a termodinamika 0. főtétele? A magára hagyott TDR akkor van egyensúlyban, ha benne semmilyen makroszkópikus változás nem észlelhető (ebben az esetben az intenzív állapotjelzők homogén eloszlásúak)Ha két v. több egyensúlyban lévő TDR egymással kölcsönhatásban van, akkor annyi intenzív paraméter megegyezik, mint ahány kölcsönhatást a falak átengednek.

14. Milyen tulajdonságokkal rendelkezik a termodinamikai egyensúly? Értelmezze és magyarázza e tulajdonságokat. A termodinamikai egyensúly tranzitív, ez azt jelenti, hogy ha az A rendszer egyensúlyban van a B rendszerrel, a B pedig a C rendszerrel, akkor az A rendszer egyensúlyban a van a C rendszerrel. A termodinamikai egyensúly szimmetrikus, azaz ha az A rendszer egyensúlyban van a B rendszerrel, akkor a B rendszer is egyensúlyban van az A rendszerrel.

15. Mik az állapotjelzők?

-1-

Kvárik Tamás 2002/2003 tavaszi félév

Az állapotjelzők makroszkopikus tulajdonságok, a rendszer állapotának egyértelmű (egyértékű) függvényei, csak a rendszer pillanatnyi állapotától függenek és függetlenek a rendszer előző állapotától és az úttól, melyen keresztül a rendszer az adott állapotba jutott, valamint más állapotjelzők egyértelmű függvényei.

16. Milyen tulajdonságokkal rendelkeznek az extenziv állapotjelzők? Soroljon fel néhány extenzív állapotjelzőt. Azok a tulajdonságok, melyekre igaz, hogy egy rendszer esetén a részekre vonatkozó értékek összege megegyezik a rendszer egészét jellemző értékkel, kiterjedéssel arányos mennyiségekkel nevezzük. Pl: Tömeg, részecskeszám, villamos töltés, entrópia, energiaTulajodnságok: additívitásEgyensúlyi rendszer mindig meghatározható ezekkel az állapotjelzőkkel.

17. Milyen tulajdonságokkal rendelkeznek az intenziv állapotjelzők? Soroljon fel néhány intenzív állapotjelzőt. Ha egy makroszkopikus folyamatoktól mentes termodinamikai rendszert falakkal részekre osztunk, majd ezek után olyan állapotjelzőket találunk, melyek minden részrendszerben sorra azonos értékűek, ezek az intenzív állapotjelzők. Pl: Nyomás, hőmérséklet, villamos potenciál, kémiai potenciálEgyensúlyi rendszer mindig meghatározható ezekkel az állapotjelzőkkel.

18. Milyen tulajdonságokkal rendelkeznek a tömegre fajlagosított exzenzív állapotjelzők? Soroljon fel néhány ilyen állapotjelzőt. Egy extenzív állapothatározó és a tömeg hányadosa.Pl: Sűrűség, fajtérfogat

Többfázisú egyensúlyi rendszerben fázisonként homogén eloszlásúak

19. Hogyan nevezzük az állapotjelzők közötti függvénykapcsolatot?Az állapotjelzők közötti függvénykapcsolatról azt tudjuk, hogy azok egyértékű monoton függvények.

Euler-tétel: XXX

Xnn

ii

i

n

1

1

1

,

20. Definiálja a z kompresszibilitást (reálfaktor). Milyen mennyiségektől függ a reálfaktor?

21. Milyen mennyiségeket nevezünk termodinamikai anyagjellemzőknek? Soroljon fel néhány termodinamikai anyagjellemzőt. A TDR jellemzésére az állapotjelzőkön kívül anyagjellemzők is szükségesek, melyeket fázisjellemző mennyiségeknek is neveznek (termodinamikai rendszer tulajdonságait írják le).

Pl: fajhő, köbös hőtágulási együttható, hővezetési tényező, dinamikai viszkozitás

A tulajdonságuk: differenciális mennyiségek

22. Definiálja a köbös hőtágulási együtthatót, az izotermikus kompreszzibilitási tényezőt, és az izobár fajhőt.

izobár (köbös) hőtágulási együttható:

izotermikus kompresszibilitási tényező: ,

izobár fajhő:

23. Definiálja az izochor fajhőt, a Joule-Thomson tényezőt, és a hangsebességet.

Izochor fajhő: .

Joule-Thomson tényező: , értéke lehet ,

A hangsebesség: ???

24. Mit értünk komponens fogalmán? Egy termodinamikai rendszerben a különböző kémiai tulajdonságokkal rendelkező egyedeket komponenseknek, vagy alkotóknak nevezzük.

-2-

Kvárik Tamás 2002/2003 tavaszi félév

25. Mit értünk a fázis fogalmán? Az anyag egynemű módosulata, egyazon halmazállapot, kristályszerkezeti módosulat, homogén részrendszer.

Példa egyazon anyag eltérő allotróp módosulatára: gyémánt, grafit, amorf szén.

26. Mit nevezünk homogén termodinamikai rendszernek? Az olyan TDR-eket, melyek belsejében nincsenek makroszkópikus elválasztó felületek, és melyeken belül az intenzív állapotjelzők értéke minden pontban azonos értékű, homogén rendszereknek, vagy homogén fázisoknak nevezzük.

27. Mit nevezünk heterogén termodinamikai rendszernek? Az olyan TDR-eket, melyek belsejében makroszkópikus határfelületek választanak el egymástól homogén részrendszereket (fázisokat), amelyek sajátságai azonban egymástól eltérőek, heterogén rendszereknek nevezzük.

Pl: a folyadék és vele érintkező gőze.

28. Mit nevezünk inhomogén termodinamikai rendszernek? Az olyan TDR-eket, melyekben a rendszerek sajátságai pontról pontra változnak, inhomogén rendszereknek nevezzük (ilyen előfordulhat például külső erőtér hatására).

29. Mikor tekinthető egy állapotváltozás kvázistatikusnak? Egyensúlyi állapotok sorozatán, végtelen hosszú idő alatt bekövetkező állapotváltozás tekinthető kvázistatikusnak.

30. Mikor tekinthető egy állapotváltozás reverzibilisnek? Az állapotváltozók megváltozásának iránya nincs korlátozva, tehát az állapotváltozás bármely irányban végbemehet.

A reverzibilis állapotváltozást megfordítva a rendszer és környezete is visszaáll az eredeti állapotába.

31. Mit nevezünk izobár, izochor, izoterm, adiabatikus ill. politropikus állapotváltozásnak? Izobár: rendszer nyomása állandó az állapot változás során.Izochor: rendszer térfogata állandó az állapot változás során.Izoterm: rendszer hőmérséklete állandó az állapot változás során.Adiabatikus: nincs hőtranszport az állapotváltozás során.Politropikus: mechanikai és termikus kölcsönhatás is megengedett, de a kettő között meghatározott függvénykapcsolat

van, és az állapotváltozás egyensúlyi, illetve reverzibilis.

32. Definiálja a belső energia fogalmát! Milyen tulajdonságai vannak a belső energiának? Az anyagot felépítő mikrorészecskék energiáinak összege.

A belső energia az anyagot felépítő részecskék, molekulák mozgásából, forgásából, rezgéséből, a közöttük ébredő vonzó és taszító erőkből adódik.

Tulajdonságok: additív, megmaradó extenzív mennyiség.

33. Mi a munka és mi a hő? A munka rendszer határfelületén fellépő energiatranszport mennyiség, melyet a kölcsönhatáshoz tartozó és a hőmérséklettől különböző intenzív állapotjelzők inhomogenitása hoz létre.A hő a rendszer határfelületén fellépő, tömeg kölcsönhatás nélküli energiatranszport mennyiség, melyet a hőmérséklet eloszlás inhomogenitása indukál.

34. Definiálja a fizikai (térfogatváltozási) munka fogalmát!Milyen rendszerhez rendelhető ez a munka? Szemléltesse p-v diagramban a fizikai munkát!A zárt rendszer határfelületén fellépő, a hőmérséklettől különböző intenzív paraméter inhomogenitása miatti energiatranszport mennyiség.

Számítás: vagy vagy fajlagos egységekkel.

35. Definiálja a technikai munka fogalmát!Milyen rendszerhez rendelhető ez a munka? Szemléltesse p-v diagramban a fizikai munkát!

-3-

Kvárik Tamás 2002/2003 tavaszi félév

36. Adjon összefüggést a fizikai, a technikai, a belépési és a kilépési munka között! Szemléltesse p-v diagramban az összefüggést!

37. Mit nevezünk hőkapacitásnak, ill. fajlagos hőkapacitásnak (fajhőnek)? Hőkapacitás: azt a hőmennyiséget, melyet a rendszer hőmérsékletének egységnyivel való növelésekor felvesz,

hőkapacitásnak nevezzük

Fajlagos hőkapacitás: a hőkapacitás tömegegységre fajlagosított értéke

38. Milyen összefüggés van a tényleges és az átlagos fajhő között?

Mérni csak az átlagos fajhőt tudjuk, ebből a tényleges fajhőre:

39. Milyen részekből tevődik össze a valamely keresztmetszeten átáramló közeg energiája?

40. Mit nevezünk körfolyamatnak? Körfolyamatnak nevezzük az olyan folyamatot (állapotváltozások sorozatát), melynél a termodinamikai rendszer visszajut a kezdeti állapotba.

41. Mit mondd ki a termodinamika 1. főtétele nyugvó, zárt rendszerre? Minden termodinamikai rendszernek van egy karakterisztikus állapothatározója, a belső energia, melynek növekedése megegyezik a rendszer által felvett hőmennyiség és a rendszeren végzett munka összegével. Magára hagyott rendszerek energiája állandó.

-4-

Azt a nyitott folyamat során hasznosan kinyerhető munkát, melyet

alakban írunk fel, technikai munkának

nevezünk.

Kvárik Tamás 2002/2003 tavaszi félév

dU Q W 42. Mit mondd ki a termodinamika 1. főtétele mozgó, zárt rendszerre?

Amennyiben a rendszer kialakítása olyan, hogy nem csak a belső energia megváltozását kell figyelembe vennünk, akkor az I. Főtételt a rendszer teljes energiájával kell felírnunk, azaz

U Q Wtot .

43. Mennyi munkát nyerünk egy nyugvó zárt rendszer egyensúlyi állapot-változása során?

44. Mennyi munkát nyerünk egy mozgó zárt rendszer egyensúlyi állapotváltozása során?

45. Irja fel az I. főtételt körfolyamatra! Mivel a belső energiára, mint állapotjelzőre tetszőleges körfolyamat esetén igaz, hogy

dU 0 ,

tehát

d dQ W 0 ,

ami azt jelenti, hogy nem lehetséges olyan periodikusan működő gépet szerkeszteni, amely energia felhasználása nélkül végezne munkát. A közölt és elvont hő összege megegyezik a leadott és felvett munka összegével. Az első főtétel e formája az elsőfajú perpetuum mobile lehetetlensége. A fenti két egyenlet a termodinamika I. Főtétele zárt rendszer körfolyamataira.

46. Definiálja az entalpiát! Adja meg a tulajdonságait! Az entalpia egy állapotváltozó, melyet a következő egyenlettel definiálunk:

Tulajdonsága: additív, extenzív mennyiség.

47. Definiálja a TDR torlóponti entalpiáját! Megállítjuk az áramló közeget

, ahol =kinetikus energia

48. Irja fel a termodinamika I. főtételét stacionárius, nyitott rendszerre! Ha a körfolyamatba való be- és kilépés között a munkaközeg helyzeti és mozgási energiájának különbségét elhanyagoljuk, akkor, mint stacionárius nyitott rendszerre felírható az I. Főtétel

q w h .49. Irja fel a termodinamika I. főtételét instacionárius, nyitott rendszerre!

???50. Melyik állapotjelző megváltozásával egyenlő az adiabatikus állapotváltozás fizikai munkája?

térfogat megváltozásával arányos!

51 Melyik állapotjelző megváltozásával egyenlő az adiabatikus állapotváltozás technikai munkája?

nyomás megváltozásával arányos!

52. Melyik állapotjelző megváltozásával egyenlő az izochor állapotváltozás során közölt hő? ∆Q=cv*∆T A hőmérséklet megváltozásával arányos!

53. Melyik állapotjelző megváltozásával egyenlő az izobár állapotváltozás során közölt hő? ∆Q=cp*∆T A hőmérséklet megváltozásával arányos!

54. Mit nevezünk nem megforditható (irreverzibilis) folyamatnak? Az irreverzibilis folyamat esetében az állapotváltozók megváltozásának iránya korlátozott, az ilyen folyamatok spontán módon csak az egyik irányban mehetnek végbe.

-5-

Kvárik Tamás 2002/2003 tavaszi félév

Ha egy rendszerrel irreverzibilis körfolyamatot végeztetünk,a rendszer környezete nem áll vissza a körfolyamat kezdete előtti állapotába.

55. Mely spontán lejátszodó folyamat reverzibilis? Spontán folyamat nem reverzibilis!!

56. Soroljon fel és jellemezzen irreverzibilis folyamatokat! Pl: súrlódás, hőcsere, keveredés, oldódás

Ahhoz,hogy az irreverzibilis állapotváltozást szenvedett rendszert visszaállítsuk az eredeti állapotába, minden esetben külső munkavégzésre van szükség.

57. Mit mond ki a termodinamika II. főtétele? Minden termodinamikai rendszernek van két olyan állapotfüggvénye, S és T, melyek segítségével a rendszer bármely kicsiny kvázistatikus és reverzibilis állapotváltozása esetében a felvett hőmennyiség alakban fejezhető kiValóságos (spontán lejátszódó) folyamatok esetében a magára hagyott rendszerek entrópiája csak növekedhetMinden valóságos folyamat irreverzibilis.

58. Adja meg a termodinamika II. főtételének legalább két különböző megfogalmazását! Nem lehetséges olyan körfolyamat, melynek során egy hőtartályból elvont hő, minden egyéb hatás nélkül, teljes egészében munkavégzésre lenne fordíthatóNem lehetséges olyan körfolyamat, melynek során hidegebb testről önként hő menne át a melegebb testreNem készíthető olyan periódikusan dolgozó gép, amely munkát tudna végezni kizárólag környezete termikus energiájának rovására.

59. Definiálja az entrópiát! Adja meg az entrópia tulajdonságait!

-

extenzív, nem megmaradó, nem mérhető.60. Hogyan befolyásolja az entrópiát folyamat irreverzibilitása?

Az entrópia csak növekedhet.

61. Mi az elsőfajú, és a másodfajú perpeetum mobile? Elsőfajú p.m.:olyan periódikusan működő gép, amely energia felhasználása nélkül végezhetne munkát.

Másodfajú p.m.:azt a periódikusan dolgozó gépet, amely munkát tud végezni kizárólag környezete termikus energiájának rovására.

62. Irja fel a dS elemi entrópia változást mind a dU elemi belsőenergia változással, mind a dH elemi entalpiaváltozással.

63. Mit jelent a T-S, illetve a p-V diagramban az állapotváltozás görbéje alatti terülte, ha az állapotváltozás reverzibilis?

64. Milyen állapotváltozás esetén növekszik, nem változik, ill. csökken a TDR és környezet együttes entrópiája? Magára hagyott rendszerek entrópiája csak növekedhetAdiabatikus és reverzibilis folyamatok esetén állandóNincs olyan állapotváltozás amelynél a TDR és környezet együttes entrópiája csökken

65. Milyen állapotváltozás esetén növekszik, nem változik, ill. csökken a TDR entrópiája? Minden irreverzibilis esetben nő (pl.: hőközlés)Adiabatikus és reverzibilis folyamatok esetén állandóHőelvonáskor csökken

66. Ha egy körfolyamatban irreverzibilitás következtében entrópianövekedés jön létre, akkor ez legalább mekkora munka – csökkenést eredményez?A fellépő munkaveszteség a hőelvonás hőmérsékletétől és az irreverzibilitás nagyságától függ

(legalább ekkora, de lehet több is).

67. Mit mond ki a termodinamika III. főtétele? Nem lehetséges véges számú lépésben egy termodinamikai rendszer hőmérsékletét az abszolút nulla értékre csökkenteni

68. Definiálja a termodinamikai értelemben vett ideális gázt! Mit nevezünk tökéletes gáznak? Azokat a közegeket, melyeknek termikus állapotegyenlete alakban írható

fel, továbá igaz rájuk, hogy és ideális gázoknak nevezzük (fajhőjük hőmérsékletfüggő, tökéletesen összenyomhatóak és súrlódásmentesek).Azokat a gázokat, melyekre igaz, hogy fajhőjük állandó, tökéletes gázoknak nevezzük.

69. Ismertesse az ideális gáz fajhői, adiabatikus kitevője, és specifikus gázállandója közötti összefüggéseket!

-6-

Kvárik Tamás 2002/2003 tavaszi félév

- fajhőviszony (adiabatikus kitevő):

- specifikus gázállandó:

- ideális gáz fajhői: ,

70. Melyik egyetlen állapotjelző elegendő az ideális gáz belső energiájának és az entalpiájának meghatározásához? Irja fel az ideális gázra vonatkozó, u és h számítására szolgáló összefüggéseket!

71. Rajzoljon ideális gáz p-v diagramjába izobár, izochor, izoterm, adiabatikus, illetve politropikus állapotváltozási vonalakat!

72. Vezesse le az ideális gáz s=s(T,v) entrópiafüggvényét!

73. Vezesse le az ideális gáz s=s(T,p) entrópiafüggvényét!

74. Ismertesse az ideális gáz T-s diagramjának felépítését! Mit lehet ebben a diagramban közvetlenül ábrázolni területként?

A T-s diagramban az állapotváltozási görbe alatti terület a közölt, illetve elvont hőt jelenti a folyamattól függően.Reverzibilis körfolyamat esetén a körfolyamat görbéje által közrezárt terület a munkát adja.A p, illetve v=áll görbék vízszintes eltolással képezhetők egymásból.

75. Az ideális gáz p-v és T-s diagramjában készített vázlatok segítségével ismertesse a CARNOT – körfolyamatot! Mi a jelentősége a termodinamikában a Carnot-körfolyamatnak?

-7-

Kvárik Tamás 2002/2003 tavaszi félév

A-B: adiabatikus kompresszióB-C: izotermikus expanzióC-D: adiabatikus expanzió

D-A: izotermikus kompresszió

A termikus hatásfok értelmezése: ,

ahol a rendszerbe belépő, a rendszerből elvont hőáram, melynek különbsége állandósult rendszer esetében a

körfolyamatból nyert teljesítményt adja eredményül .

76. Definiálja a munkaszolgáltató körfolyamatok termikus hatásfokát.

-8-

79. Mit értünk egyenértékű CARNOT – körfolyamat alatt? Hogyan kell egy adott körfolyamattal egyenértékű CARNOT – körfolyamatot előállítani?

mivel adott hőmérséklethatárok között a CARNOT – körfolyamatnak van a legjobb hatásfoka, így egy körfolyamat hatásfokának elérhető maximuma a körfolyamatban előforduló legalacsonyabb és legmagasabb hőmérsékletek, mint határok között lejátszódó CARNOT – körfolyamat hatásfokával azonos

a körfolyamat tényleges hatásfoka egyenlőaz ún. közepes hőbevezetési és közepes hőelvonási

hőmérsékletek között megvalósuló ún. egyenértékű CARNOT – körfolyamat hatásfokával (ábra)

80. Részletesen ismertesse a fojtás folyamatát! Ideális gáz esetében hogyan határozható meg a bekövetkező entrópiaváltozás?az átáramlott rendszer azon állapotváltozását, ahol hasznos munkavégzés nélkül, adiabatikus expanzió történik és a kinetikus energia megváltozása elhanyagolható, fojtásnak nevezzük

-az entrópiaváltozás ideális gáz esetében:

81. Ismertesse a véges hőmérsékletkülönbség hatására létrejövő hőtranszport folyamatát. Hogyan határozható meg a bekövetkező entrópiaváltozás?Azt az energia mennyiséget, mely két különböző rendszer között, azok hőmérsékletbeli különbségük miatt az egyik rendszertől a másik rendszernek átadódik, hőnek nevezzük. A hő átlépve a rendszer határát a rendszert alkotó elemi részek (atomok, molekulák, szubatomi részecskék) potenciális és/vagy kinetikus energiáját növeli, vagy éppen az említett energiák csökkenése a forrása annak a hőnek, mely a rendszerből kilép. Annak a hőnek az előjelét tekintjük pozitívnak, amely az adott rendszer felé áramlik és negatívnak a rendszerből távozót.

ÄS=m·c·(T2/T1)

82. Részletesen ismertesse a hőmérséklet-kiegyenlítődés folyamatát! Hogyan határozható meg a bekövetkező entrópiaváltozás?A két rendszer hőmérsékletének kiegyenlítődését, energiának az egyik rendszerből a másikba jutása okozza. Azt az energia mennyiséget, mely két különböző rendszer között, azok hőmérsékletbeli különbségük miatt az egyik rendszertől a másik rendszernek átadódik, hőnek nevezzük. A hő átlépve a rendszer határát a rendszert alkotó elemi részek (atomok, molekulák, szubatomi részecskék) potenciális és/vagy kinetikus energiáját növeli, vagy éppen az említett energiák csökkenése a forrása annak a hőnek, mely a rendszerből kilép. Annak a hőnek az előjelét tekintjük pozitívnak, amely az adott rendszer felé áramlik és negatívnak a rendszerből távozót.ÄS=m·c·(T2/T1)

83. Definiálja az adiabatikus kompresszor belső hatásfokát! Válaszához készítsen vázlatot az ideális gáz T-s diagramjában!

kompresszor esetén:

A körfolyamat hatásfoka és az elvileg elérhető hatásfok:

84. Definiálja az adiabatikus turbina belső hatásfokát! Válaszához készítsen vázlatot az ideális gáz T-s diagramjában!

turbina esetén:

85. Ismertesse a gázturbinában lejátszódó munkafolyamatot helyettesítő JOULE – BRAYTON – féle körfolyamatot! Válaszához készítsen kapcsolási vázlatot, valamint mutassa meg az állapotváltozásokat ideális gáz p-v és T-s diagramjában!

kapcsolási vázlat:

állapotváltozási diagramok:

86. Mitől függ és hogyan a reverzibilis JOULE – BRAYTON – féle körfolyamat termikus hatásfoka?

- , ahol: , vagyis a nyomásviszony

a nyomásviszony növelésével a hatásfok is nő.

87. Milyen módszerekkel növelhető a JOULE – BRAYTON – féle helyettesítő gázturbina körfolyamat termikus hatásfoka? Mutassa be a módszereket kapcsolási vázlattal és az ideális gáz T-s diagramjában!

rekuperatív előmelegítés:

többfokozatú berendezés:

88. Többfokozatú adiabatikus kompresszió esetén milyen viszony van egy kompresszor fokozat és a többfokozatú kompresszor eredő belső hatásfoka között? Válaszát indokolja!

-egy kompresszor fokozat esetén:

-több fokozat esetén:

-az összefüggés:

89. Többfokozatú adiabatikus expanzió esetén milyen viszony van egy turbina fokozat és a többfokozatú turbina eredő belső hatásfoka között? Válaszát indokolja!

egy turbina fokozat esetén:

- több fokozat esetén:

- az összefüggés:

90. Ismertesse a szikragyújtású belsőégésű motor (OTTO-motor) helyettesítő körfolyamatát! Válaszához készítsen kapcsolási vázlatot, valamint mutassa meg a körfolyamatot ideális gáz p-v és T-s diagramjában!

91. Ismertesse a kompressziós gyújtású belsőégésű motor (DIESEL-motor) helyettesítő körfolyamatát! Válaszához készítsen kapcsolási vázlatot, valamint mutassa meg a körfolyamatot ideális gáz p-v és T-s diagramjában!

92. Definiálja a szabadenergia és szabadentalpia fogalmát!

A szabad energia definiáló egyenlete: ,

A szabad entalpia definiáló egyenlete:

93. Írja fel és értelmezze a Gibbs-Duhem-féle fundamentális egyenletet!

HELMHOLTZ -féle szabad energia , ill.

GIBBS -féle szabad entalpia , ill.

GIBBS -féle fundamentális egyenlet

A fajlagos szabad entalpia függvény differenciálja a GIBBSD� UHEM -egyenlet: A szabadentalpia függvény mérhető állapotjelzők segítségével egynemű közegre (egy komponensre) felírható az alábbi

formában: , ill. .Látható tehát, hogy egyedül a szabad entalpia az, amelyik eleve csak a mérhető állapotjelzők függvénye, a többi származtatott állapotfüggvény extenzív változói között ott szerepel a közvetlenül nem mérhető entrópia is.

94. Mit értünk a szabadsági fok fogalmán? -szabadsági foknak a függetlenül változtatható intenzív állapothatározók számát tekintjük

95. Mit mond ki az entrópiamaximum elve? a magára hagyott rendszer entrópiája csak növekedhet, egyensúlyi állapotban maximális értékű

96. Rajzolja fel egy tetszőleges egykomponensű közeg p-T fázisegyensúlyi diagramját! Jellemezze a diagram vonalait és tartományait!

1-2: adiabatikus kompresszió2-3: izokor kompresszió3-4: adiabatikus expanzió4-1: izokor expanzió

1-2: adiabatikus kompresszió2-3: izobár hőközlés3-4: adiabatikus expanzió4-1: izokor expanzió

97. Mely mennyiségek között teremt kapcsolatot a Calusius-Clapeyron egyenlet?

,

mely egyenletet CLAPEYRON-egyenletnek nevezünk.98. ???99. Milyen összefüggés van egy tetszőleges TDR komponenseinek, fázisainak és szabadsági fokainak száma között?

Gibbs-féle fázisszabály: szabadsági fokok + fázisok = komponensek + 2

100. Jellemezze a termodinamikai egyensúly stabilitását!Stabil: az egyensúlyi állapotban lévő rendszert megzavarva az egy idő után ugyanazon egyensúlyi állapotába tér vissza.Metastabil: az egyensúlyi állapotú rendszer zavarás hatására a zavarás nagyságától függően vagy visszatér a kezdeti egyensúlyi állapotba, vagy egy más egyensúlyi állapotba kerül.Labilis: bármilyen csekély mértékű zavarás hatására az egyensúly azonnal megszűnik.(Semlegesen stabil: a rendszer tetszőleges zavarás hatására sem tér ki az egyensúlyi állapotából.)

101. Ismertesse az egykomponensű többfázisú közeg p-v vagy T-v diagramjának felépítését! Mutassa meg a hármas- és a kritikus pontot!

102. Értelmezze a következő fogalmakat: telítési nyomás, telítési hőmérséklet, telített folyadék, telített gőz, fajlagos gőztartalom és párolgáshő

telítési nyomás, telítési hőmérséklet: a nyomás és a hőmérséklet között egyértelmű kapcsolat van, melyet a p=f(T) fázisgörbe ír le. Az ilyen összetartozó, két fázis egyensúlyát kifejező nyomás-, ill. hőmérséklet érték a telítési nyomás, illetve telítési hőmérséklettelített folyadék:??????????telített gőz:??????????

fajlagos gőztartalom: (gőz–folyadék kétfázisú rendszerekeben)

párolgáshő: folyadékfázisból gőzfázisba történő átalakuláshoz szükséges hőmennyiség

103. Milyen összefüggés van a fajlagos gőztartalom, a telített fázisok és a kétfázis keverék közeg extenzív, ill. fajlagos extenzív állapothatározói között?

-fajtérfogat: ugyanezek a szabályok érvényesek a többi fázis elegyeire és minden extenzív (fajlagos extenzív) mennyiségre is

-entalpia:

entrópia:

104. Magyarázza meg a következő tulajdonságokat jelölő fogalmakat: túlhevített folyadék és aláhűtött gőz! Válaszához készítsen vázlatot a többfázisú közeg p-v vagy T-v diagramjában! Hol találhatók ezek az állapotok a fázisegyensúlyi diagramban?

105. Részletesen ismertesse a többfázisú közeg (pl. víz) T-s diagramjának felépítését! Mutassa meg az egyszerű állapotváltozások menetét e diagramban!

106. Részletesen ismertesse a többfázisú közeg (pl. víz) h-s diagramjának felépítését! Mutassa meg az egyszerű állapotváltozások menetét e diagramban!

107. Részletesen ismertesse a többfázisú közeg (pl. NH3) log p-h diagramjának felépítését! Mutassa meg az egyszerű állapotváltozások menetét e diagramban!A (lg)p-h diagramban a határgörbe alakja megváltozik, nem harang alakú, hanem a felső határgörbe meredeksége is pozitív egy szakaszon. Ennek oka, hogy a csökkenő nyomásokhoz, a gőzmező bizonyos szakaszán csökkenő, bizonyos szakaszán pedig növekvő entalpia értékek tartoznak. A felső határgörbe legjobbra elhelyezkedő pontja a maximális entalpiájú gőz állapotot jelenti. A hőmérséklet állandó görbék gyakorlatilag függőlegesen indulnak, mivel a folyadék állapot entalpiája a nyomástól csak kevéssé függ. Ugyanígy a gőzmezőbeli izotermák asszimptótája is függőleges, ahogy az ideális gáz állapotot a csökkenő nyomások irányában megközelíti a közeg. Az  s=állandó, izentrópikus vonalak a vegyes fázisú tartományban majdnem függőlegesek, majd a gőzmezőben egyre csökkenő meredekségű tendenciát mutatnak, amint egy állandó nyomás vonalon haladva az entalpia és entrópia értékek egyaránt növekednek. A logaritmikus skála alkalmazása nagy nyomás tartomány egyetlen diagramban történő ábrázolását teszi lehetővé.

Az ammónia MOLIER-féle log p-h diagramja

108. Kapcsolási vázlat és T-s diagram segítségével ismertesse a túlhevített gőz munkaközegű kondenzációs víz-gőz körfolyamatot.

110. Részletese ismertesse a tápvízelőmelegítéses Rankine-Clausius féle vízgőzkörfolyamat felépítését és működését.

A tápvízből gőz előállításának folyamata  (hőbevezetés) során a közepes hőbevezetési hőmérséklet értékének kialakulásában az elpárologtatás (Ts) hőmérséklete meghatározó. A tápnyomás növelése a telítési hőmérséklet növekedését vonja maga után. Az alkalmazható maximális nyomás a szerkezeti anyagok fejlődésével együtt növekedett, azonban a mind nagyobb és nagyobb nyomások alkalmazásának következtében – mivel T3 rögzített – a turbinában történő expanzió a kis nyomás értékek tartományában magas nedvesség tartalommal párosul. A kétfázisú közeg áramlása következtében a turbinák kisnyomású fokozatainak belső hatásfokának elfogadhatatlan mértékben való leromlásán túl eróziós jelenségek is fellépnek. A nagy nedvességtartalmú gőz expanziója elkerülhető, ha egy közbülső nyomáson a turbinából a gőzt a kazánba visszavezetve újrahevítjük. Az így kialakuló körfolyamatot az 5.7. ábra szemlélteti.

111. 112.113.114.

115. Ismertesse a gázok cseppfolyósítására alkalmazható Linde-féle eljárástA megfelelő nyomásra (1) komprimált gázt egy hőcserélőn átvezetve lehűtjük, majd fojtjuk, a kívánt vegyes fázis megjelenésének nyomásáig (3). A keletkező folyadék, vagy szilárd fázist elvezetjük, a nem fázisátalakult, de alacsony hőmérsékletű gázt pedig visszavezetjük a nagynyomású gázt hűtő hőcserélőbe, ahonnan (6) állapotban lép ki. A szeparátorból elvezetett y tömegáramot pótolni kell. Az 1-6 kompresszió egy idealizált izotermikus folyamat, amit a valóságban több fokozatú kompresszióval és a fokozatok közötti vissza- vagy utóhűtésekkel oldanak meg.

116. Mi a Joule-Thomson együttható? Mutassa be egy nem ideális gáz T-p diagramban a Joule-Thomson effektust!Az adott T, p pontban az entalpia állandó mellett a hőmérsékletváltozás nyomásváltozás viszonyát a � JOULE-THOMSON együttható fejezi ki, melynek definíciója

, értéke lehet

1.

A JOULE-THOMSON expanzió Tp� diagramban

A JOULE-THOMSON együttható előjelétől függően a Tp� diagramon két tartományt találunk, melyeket az un. inverziós görbe választ el egymástól. A fojtás során bekövetkező hűlést csak kb. az adott közeg kritikus hőmérsékletének ötszörösénél kisebb hőmérséklet (=BOYLE hőmérséklet) esetében tapasztalhatjuk.

117. Definiálja az energia fogalmát! Állapotjelző-e az energia? Válaszát indokolja! Az energia a test változtatóképessége. Állapotjelző. Az állapotjelzők makroszkopikus tulajdonságok, a rendszer állapotának egyértelmű (egyértékű) függvényei, csak a rendszer pillanatnyi állapotától függenek és függetlenek a rendszer előző állapotától és az úttól, melyen keresztül a rendszer az adott állapotba jutott, valamint más állapotjelzők egyértelmű függvényei.118. Milyen célt szolgálnak a termodinamikai Maxwell-egyenletek?Összefüggést létesítenek az entrópia és a közvetlenül mérhető állapotjelzők között.119. Vázlatok segítségével részletesen ismertesse a Van der Waals-féle valós gáz modellt!

Levezetésénél VAN   DER   WAALS a következő feltevésekből indult ki:

I. a gázrészecskék véges térfogattal rendelkeznek, mely csökkenti a gáz egészének rendelkezésére álló térfogatot,

II. a gázrészecskék egymással kölcsönhatásban állnak, mely kölcsönhatást VAN DER WAALS-erőknek nevezünk.

Ezen kiindulási feltevéseknek megfelelően a VAN DER WAALS állapotegyenlet a következő alakban írható fel (egy adott

gázra, fajlagos egységek használatával): , mely összefüggésben p a gáz mérhető nyomása, az a állandó a gázrészecskék kölcsönhatásának, a b állandó pedig a részecskék véges térfogatának jellemzésére szolgáló állandó. Az állandók az adott közeg kritikus pontjának ismeretében meghatározhatók.

120. Milyen jellegzetes tulajdonságokkal rendelkezik a valós gáz izotermája a kritikus pontban? Válaszához készítsen vázlatot!Látható az ábráról, hogy a kritikus izotermának a kritikus pontban vízszintes inflexiója van.

121. Milyen jellegzetes tulajdonságokkal rendelkezik a valós gáz izobárja a kritikus pontban? Válaszához készítsen vázlatot!122. Milyen mennyiségekkel és hogyan adható meg egy ideális gázelegy összetétele? Milyen összefüggés van az egyes összetétel megadási módok között?Az elegyek egyértelmű megadásához, mint minden több alkotós rendszer esetében ismerni kell az egyes összetevők mennyiségét. A rendszerek felépítéséről szemléletes képet kaphatunk, ha a megfelelő vonatkoztatási alappal képzett fajlagos

mennyiségekkel írjuk le azokat. Ilyen fajlagos mennyiség a tömegarány, melyet az egyenlet szerint

értelmezünk, ahol az i-dik alkotó tömege. Hasonló módon bevezethető a mólarány is, ahol az i-edik

alkotó anyagmennyisége. Természetesen a tömegarányra és a mólarányra igaz, hogy , ill..

A mólarány és a tömegarány közötti összefüggést az egyenlet adja meg. Ha a vonatkoztatási alap a

rendszer térfogata (V), akkor bevezethető a koncentráció (parciális sűrűség) fogalma: . Ennek felhasználásával

egy alkotó tömegaránya az egyenlettel fejezhető ki.

123. Mit mond ki a Dalton-törvény? Parciális nyomásokat összegezve az összes alkotóra megegyeznek a egész közeg nyomásával.