TERMODYNAMIK - FYP01T
ENERGIFYSIK A - TERMODYNAMIK - FIN400

Senaste nytt: Fler gamla tentor:
Mars 2005
Lösningsförslag
April 2005
Lösningsförslag

Allmänt:
Kursprogram
Schema
Veckoschema (uppdateras efterhand)
Kurslitteratur
Rekommenderade uppgifter att lösa själv
Svar till gamla tentauppgifter
Tentamen
Kommentarer, tryckfel, m.m.
Länkar
 

Kursprogram för TERMODYNAMIK - FYP01T och
ENERGIFYSIK A - TERMODYNAMIK - FIN400 vårterminen 2006

Lärare: Bengt-Erik Mellander, tel. 772 3340 eller 772 3209, rum T4054 (vid Kansli Fysik), e-post: f5xrk@fy.chalmers.se

Räkneövningsledare: Sten Salomonson, tel. 772 3284, e-post: f3asos@fy.chalmers.se

Kursassistent: Vakant (Bengt-Erik Mellander handhar labbokning t.v.)

Kursens hemsida: http://fy.chalmers.se/~f5xrk/energi.htm

Kursmaterial:

Physics, M. Alonso, E.J. Finn, Addison-Wesley
Exempelsamling, gamla tentor (utdelas på föreläsningen), labhandledningar (kan laddas ner från nätet)

Undervisningen:

Föreläsningar, räkneövningar (1 grupp) och laborationer (6 grupper).

Schema:
Det officiella schemat finns på TimeEdit.  Välj kurs och FYP01T Termodynamik

Tentamen

Delkursen termodynamik avslutas med en skriftlig tentamen.

För tentadatum m.m. se GUs kursportal http://kursportal.student.gu.se

För tentorna gäller följande:

Hjälpmedel: Formelsamling (bifogas tentan), Physics Handbook, gymnasietabeller, valfri kalkylator med tömda minnen.
Tentan består av 6 problem om vardera 3 p, det vill säga totalt 18 p.
Poänggränser: Godkänt: 8,5 p  Väl godkänt: 13,5 p.

Laborationer:

T3 Värmetransport, rum F7206,  handledare: Fang Liu, tel. 772 3322, e-post: fangliu@fy.chalmers.se ; Anna Martinelli, tel. 772 36 35, e-post: annamart@chalmers.se
T4 Varmluftsmotorn, rum F7202, handledare: Erik Nordström, e-post: ericn@chalmers.se, tel.: 772 33 61; Torbjörn Jonsson, e-post: torbjorn.jonsson@fy.chalmers.se tel.: 772 3348

Labhandledningarna laddar du ner här (du skall ha standardvarianten)

Kursassistenten delar in er i labgrupper vid kursens början. Max 8 personer per laborationsgrupp. Om du t.ex. på grund av sjukdom missar en laboration skall du snarast möjligt ta kontakt med kursassistenten för att få en ny labtid. Samma sak gäller om du vill byta labtid med någon annan. Sådana byten måste anmälas och godkännas i förväg.  Om du inte blivit indelad i en labgrupp kontakta  kursassistenten så får du besked om det går att boka dig på någon restplats.

Hur förbereder man sig inför laborationerna? Läs labhandledningarna noga och besvara instuderingsfrågorna. Dessutom: Kom i tid till laborationen!
Tips för T3: Sidan 5 i bilagan till labhandledningen saknas på nätet! Utdelas på föreläsningen och kan hämtas här.
Tips för T4: Svara på instuderingsfrågorna innan labben!

Veckoschema

 VECKA 4
 VECKA 5
 VECKA 6
 VECKA 7
 VECKA 8
 VECKA 9
 VECKA10
 

VECKA 4

Lektion 24/1  kl. 10.00 i EL42:

INTRODUKTION, TEMPERATUR OCH IDEAL GAS
1. Kursintroduktion, allmän bakgrund, energi i samhället
2. Temperatur
3. Termisk längdutvidgning
Att läsa: Den här lektionen omfattar i stort sett allt i kap. 15:1-4 i Alonso-Finn.

Lektion 26/1  kl. 10.00 i sal FL71:

INRE ENERGI
1. Mikroskopisk bild
2. Inre energi för ideal gas
3. Verklig gas
4. Fleratomära molekyler
Att läsa: Alonso-Finn kap. 15:5-7

VECKA 5

Lektion 31/1 kl. 10.00 i EL42:

ARBETE OCH VÄRME
1. Fortsättning från föregående lektion, fleratomära molekyler
2. W och Q
3. Termodynamikens första huvudsats
4. Värmekapacitet.
Att läsa: Alonso-Finn kap. 16.1-6

Räkneövning 2/2 kl. 8.00 i FL71:

Problemlösning: Alonso-Finn: 15.10, 15.15, Ex: (Exempelsamlingen) I 6 , III.3, III.4, III.6.

Lektion 2/2 kl. 10.00 i  FL71:

VÄRMEKAPACITET OCH ENTROPI
1. Mer om värmekapacitet
2. Entropi
3. Mer om cykliska processer
Att läsa: Alonso-Finn kap. 16.7-16.10

VECKA 6

Lektion 7/2 kl. 10.00 i sal EL42:

VÄRMEMOTOR OCH VÄRMEPUMP DEL 1
1. Fortsättning från förra lektionen, entropi
2. Värmemotorn
3. Verkningsgrad
4. Carnotcykeln
5. Värmepumpen
Att läsa: Alonso-Finn kap. 16.10.

Räkneövning 9/2 kl. 8.00 i FL71:

Problemlösning: Ex: (Exempelsamlingen) II.2, II.3, II.6, III.2, III.8, III.10.

Lektion 9/2 kl. 10.00 i FL71:

VÄRMEMOTOR OCH VÄRMEPUMP DEL 2
1. Fortsättning från förra lektionen, Carnotcykeln
2. Värmepump och kylmaskin
3. Termodynamikens andra huvudsats
 Utdelning av blad "Värmemaskiner".
Att läsa: Alonso-Finn kap. 16.10-16.11.

VECKA 7

Lektion 14/2 kl. 10.00 i sal EL42:

VÄRMEÖVERFÖRING

1. Fortsättning - termodynamikens andra huvudsats.
2. Värmeledning
3. Konvektion
OBS! På denna föreläsning tas två begrepp upp som inte finns i Alonso-Finns bok: Det konduktiva-konvektiva lagret och U-värde, föreläsningsanteckningar rekommenderas!
Att läsa: Alonso-Finn kap. 18.4-5

Lektion 16/2 kl. 10.00 i FL71:

VÄRMEÖVERFÖRING och STATISTISK FYSIK

1. Mer om  värmeöverföring
2. Statistisk jämvikt
3. Maxwell-Boltzmanns fördelningslag
Att läsa: Alonso-Finn kap. 18.5 och 17.1-3

VECKA 8

Räkneövning 21/2 kl. 8.00 i EL42:

Problemlösning: Ex: (Exempelsamlingen) IV.1, IV.2, IV.5, IV.6, IV.7

Lektion 21/2 kl. 10.00 i EL42:

STATISTISK FYSIK, VÄRMEKAPACITET OCH ENTROPI

1. Mer om temperatur och värmekapacitet
2. Entropi
Att läsa: Alonso-Finn kap. 17.4-9, 18.7

Räkneövning 23/2 kl. 8.00 i FL71:

Problemlösning:
Ex: (Exempelsamlingen): II-5
Häftet med gamla tentor:
1999-03-08 nr 6
2000-08-31 nr 5
1999-03-08 nr 4
2001-03-05 nr 5

Lektion 23/2 kl. 10.00 i sal FL71

STATISTISK FYSIK, SAMMANFATTNING

1. Case study 1 - Glaubersaltlager
2. Case study 2 - luft och ideala gasmodellen
Att läsa: Alonso-Finn kap. 17.1-9, 18.7

VECKA 9

Räkneövning 28/2 kl. 8.00 i EL42:

Problemlösning:
Alonso-Finn: Problem 17.11, 17.8
Häftet med gamla tentor:
1999-03-08 nr 5
2000-08-31 nr 6
2000-03-06 nr 6
2001-03-05 nr 6

Lektion 28/2 kl. 10.00 i sal EL42:

BRÄNSLECELLER

Energiomvandlingar och bränsleceller - Om verkningsgrad, energi och miljöaspekter

Räkneövning 2/3 kl. 8.00 i FL71:

Räknestuga

Lektion 2/3 kl. 10.00 i sal FL71:

SAMMANFATTNING
1. Sammanfattning av kursen
2. Framåt- och tillbakablickar
3. Gamla tentor
Att läsa: Hela kursen
 

Case studies:

Case study 1: Glaubersalt

Ett hus med solfångare på taket har ett värmelager i form av 5,0 ton glaubersalt. Ett system med
cirkulerande vatten överför värmen i solfångaren till saltlagret under soliga dagar, värmen tas sedan ut
från saltlagret under kyliga perioder. Efter en vecka med soligt väder är hela saltlagret smält och har
en temperatur på 35°C. Perioden som följer är kall och mulen och inget energitillskott kommer
därför från solfångarna.

Beskriv hur systemet fungerar. Vad är glaubersalt?

Hur lång tid tar det tills temperaturen i saltlagret sjunker till 27°C om husets värmeförbrukning är 20
MJ/h?

Hur lång tid ligger temperaturen vid 32°C?

Data för glaubersalt:
Smälttemperatur: 32°C
Cp=1930 J/(kg K) i fast form
Cp=2850 J/(kg K) i smält form
smältvärme: 2,42*105 J/kg

Case study 2: Luft och ideala gasmodellen

I den här uppgiften har vi en konservburk med tättslutande lock som är fylld med luft av atmosfärstryck, burken är 10 cm hög och temperaturen är 20°C.

1. Med tanke på tyngdkraften, varför samlas inte alla luftmolekyler på burkens botten?

2. Uppskatta vid vilken temperatur man faktiskt skulle kunna vänta sig att molekyltätheten är
högre vid botten än vid locket?

3. Hur bra är den ideala gas approximationen i dessa fall?
 

Rekommenderade uppgifter att lösa på egen hand:

Förutom att lösa räkneövningsuppgifterna och de gamla tentauppgifterna rekommenderas följande uppgifter:
Alonso-Finn problem:
15.1, 15.8, 15.14 (Svaren i facit förutsätter endast translation), 15.16 (rätt svar till 15.16 är 353, 517, 215 m/s), 16.6, 16.8 (Svar: 10 kW), 16.17, 16.20 (Svar:a) 50 m3  b) Gasen börjar kondensera d.v.s. den börjar övergå till vätska, c) 2,2*109 J, d) Nu är allt i vätskeform och vätskan är svårkomprimerad.) 17.6 (Se dock kommentarerna nedan!), 17.8
Studera också de lösta exemplen som finns insprängda i texten i boken.

Svar och lösningar till diverse gamla tentauppgifter:

Svar till tentan 2000-03-06:
1. 3,4.10-3 K-1
2. 75°C
3. Entropin ökar med 102 J/K
4. Wab= 9,0.104 J , Wbc= 0 , Wca= -6,0.104 J , Qab= 2,2.105 J , Qbc= -2,4.105 J, Qca= 0,45.105 J
5. 30°C
6. -0,052 eV, 423 K

Svar till tentan 2001-03-05:
1. 1,0 kJ/K
2. 5,0.10-6 Pa-1
3. 5,3 h
4. 27%
5. 10,2 h
6. 1,4.10-21 J

Svar till tentan 2004-08-28:
1. 0,2 K
2. 161 °C
3. 36,8 J/K
4. 24 J
5. 11 kW (om man bortser från isolerande luftlager)
6. 5,1 %

Lösningar till tentor 2004:
Marstentan 2004
Apriltentan 2004
Augustitentan 2004

Kommentarer, tryckfel, m.m.

Alonso-Finn:

Uppgift 15.10 i Alonso-Finn: Molvikten för luft (som ju är en blandning av kvävgas, syrgas m.m.) är 28,96 kg/kmol.

Sid. 421 i Alonso-Finn: I exempel 16.8 är ena entropiändringen felräknad, står: 1.255; skall stå: 22,0.

Uppgift 17.6 i Alonso-Finn: Det är något skumt med de angivna värdena i denna uppgift!
Man kan börja med att kolla om de angivna värdena är rimliga:
Kolla om pVgamma = konstant för adiabaten: Då ser man att  pb*Vb1,4 är inte lika med pc*Vc1,4 !!
De skiljer mer än 10 %! (Om man ändå antar att det är en adiabat får man -935 J resp. 935 J.) Om
vi testar hypotesen att problemförfattaren menar en monoatomär gas blir jämförelsen så här:
pb*Vb1,67 är ungefär lika med pc*Vc1,67 (stämmer inom 0,5%)!
Om vi ändrar texten från di- till mono- så blir svaret -561 J resp 561 J och på c) fick jag 498 m/s.
Om vi nu kollar om pV=nRT stämmer överallt så finns det brister även där......

Har du upptäckt något fel, meddela mig så kan jag föra in det här!

Länkar

Bränslecellskurs - startar i oktober
Om bränsleceller: http://fy.chalmers.se/ef/Brcell.htm
Om evighetsmaskiner: Perpetuum Mobile

Diverse animationer som åskådliggör termodynamiska fenomen:

Ideal atmosfär: http://www.chem.uci.edu/education/undergrad_pgm/applets/canonical/canonical.htm
Ideal gas – molekylmodell: http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/idealGas/idealGas.html
Irreversibilitet: http://www.chem.uci.edu/education/undergrad_pgm/applets/happy/happy.htm
Kemiska reaktioner: http://www.chem.uci.edu/education/undergrad_pgm/applets/sim/simulation.htm
Kinetisk gasteori – 2-dim.: http://comp.uark.edu/~jgeabana/mol_dyn/KinThI.html
Mikrovågsugn: http://www.colorado.edu/physics/2000/microwaves/index.html
Termodynamikens 2:a lag: http://www.chem.uci.edu/education/undergrad_pgm/applets/bounce/bounce.htm
Tryckkammare: http://jersey.uoregon.edu/vlab/Piston/index.html
Värmeledningsekvationen: http://www.math.utah.edu/~veronese/heat.html
Termodynamik (Kemi): http://www.chem.uci.edu/education/undergrad_pgm/applets/
 

Senast uppdaterad: 06-03-01

Bengt-Erik Mellander, f5xrk@fy.chalmers.se