Exam text content

 

FYS-1160 Fysiikka S 2 (Partanen)
Tentti 15.4. 2013

Tentissä saa olla mukana funktiolaskin, joka ei ole ohjelmoitava. Opiskelijalla ei saa olla ten-
tissä mukana kaava- tai taulukkokirjaa.

1. a) Kitaran kieli, jonka pituus on 63,5 cm, on viritetty niin, että kielen perustaajuus on
245 Hz. Laske aallon etenemisnopeus kielessä.

b) Kielen jännitystä kasvatetaan 1,0 % a)-kohdan arvosta. Laske kielen uusi perustaajuus.

c) Ääniaalto lähtee etenemään kitarasta ilmaa pitkin. Ääniaallon nopeus ilmassa on 344
m/s. Laske kitarassa syntyvän, 245 Hz taajuudella värähtelevän aallon taajuus ja aal-
lonpituus ilmassa.

2. Kaksi hyvin kapeaa rakoa on vierekkäin 1,80 um päässä toisistaan ja 35,0 cm etäisyydellä
varjostimesta. Rakoja valaistaan koherentilla valolla, jonka aallonpituus on 550 nm. Laske
eri raosta tulleiden valoaaltojen synnyttämän interferenssikuvion 1. ja 2. tumman kohdan
etäisyys toisistaan varjostimella.

3. Tarkastele yhtälöitä a) - f) ideaalikaasulle. Kerro, onko yhtälö voimassa isobaariselle, iso-
kooriselle, isotermiselle tai adiabaattiselle termodynaamiselle prosessille. Yhtälö voi olla voi-
massa joko yhdelle tai useammalle prosessille. Kerro myös, mikä termodynaamisen suureen
arvo ei muutu prosessin aikana (voi olla useita). Opiskelijan on tiedettävä kaikki prosessit,
joissa yhtälö on voimassa, saadakseen täydet pisteet (1p/yhtälö).

a) pi VU! = po Vo d) AU =nCy AT
b) 0=nC,AT e) O=AU+W
0) 0=n0yAT 1) W=pAV

4. Lämpövoimakone suorittaa kuvan mukaista kiertopro-
sessia, jossa vaihe 1 > 2 tapahtuu vakiotilavuudessa, Pa 28 T:=600K
vaihe 2 > 3 on adiabaattinen ja vaihe 3 > 1 tapahtuu
vakiopaineessa 1,00 atm =101,325x103 Pa. Kone käyt-
tää työaineena kaksiatomista ideaalikaasua Cy = 5R,
ja yhden syklin aikana kone käyttää 0,350 mol ainetta.

 

Kaasun lämpötila tiloissa 1,2 ja 3 on merkitty kuvaan. 100 i 3

Yleinen kaasuvakio R = 8,3145 J/(K*mol). Laske O, ' 1,=300 K T,=492 K

W ja AU kussakin vaiheessa 1 > 2, 2 > 3 ja 3—1. I T v
vi Vo

5. Ydinreaktori tuottaa reaktoriytimessä 2000 MW teholla lämpöenergiaa. Lämpöenergia käy-
tetään veden lämmittämiseen ja höyrystämiseen 300*C asteiseksi korkeapaineksi vesihöy-
ryksi. Vesihöyry käytetään höyryturbiinin pyörittämiseen. Turbiini tuottaa sähköenergiaa
700 MW teholla samalla, kun höyry jäähtyy ja tiivistyy 30*C lämpöiseksi vedeksi ennen
kuin sykli alkaa alusta.

a) Laske ydinreaktorin termisen hyötysuhteen yläraja. (3 p)
b) Laske ydinreaktorin todellinen hyötysuhde. (3 p)

Kääntöpuolella kaavakokoelma —